Süperhidrofobik yüzeyler benzersiz özellikleri nedeniyle su yalıtımı, buğulanmayı önleme, kendi kendini temizleme, korozyon direnci, buzlanmayı önleme ve akış direncini azaltma gibi çeşitli alanlarda geniş bir uygulama alanına sahiptir. Bununla birlikte, düşük maliyetli, düşük toksisiteli, uygulaması kolay ve dayanıklı süperhidrofobik kaplamaların seri üretimi hala bir sorun olmaya devam etmektedir.
Doğada, üstün mekanik özelliklere ve basit bileşenlere sahip, bilim adamları arasında geniş ilgi uyandıran çok sayıda kalsiyum karbonat malzemesi bulunmaktadır. Kalsiyum karbonatın çekirdeklenme ve büyüme mekanizmalarına ilişkin derinlemesine araştırmalara dayanarak, kirlenme önleme, kireçlenme önleme, kendi kendini temizleme ve yağ-su ayrımı gibi alanlarda geniş uygulamalara sahip olan biyomineralizasyonun düzenlenmesi sağlanmıştır.
Çok sayıda çalışma düşük yüzey enerjisi ve pürüzlü yapının süperhidrofobikliği etkileyen ana faktörler olduğunu göstermiştir ve bunlar her zaman kalsiyum karbonat modifikasyon teknolojisinde ana araştırma konuları olmuştur. Basitçe söylemek gerekirse, kalsiyum karbonatın modifikasyon yönü, hidrofobikliği sağlamak için temas açısını arttırırken yüzey enerjisini azaltmak ve dağılabilirliği korumaktır.
Fonksiyonel kaplamalar için hangi tip kalsiyum karbonat daha uygundur? Bunu nasıl değiştirebilirim? Gerçek sonuç nedir?
Gu Weile ve ark. kalsiyum karbonat tozunun iki farklı kristal formunu sentezledi ve bunlar daha sonra süperhidrofobik bir kaplamayı kaplamak için düşük yüzey enerjili polidimetilsiloksan (PDMS) ile harmanlandı. Kendi kendini temizleme yetenekleri ve darbe dayanıklılıkları açısından test edildiler. Deneyler, sodyum stearat (NaSt) ve sodyum oleat (NaOL) yüzey aktif maddelerin dozajı 5% olduğunda, kalsiyum karbonatın modifikasyon etkisinin ve hidrofobikliğinin en iyi olduğunu göstermiştir. 5% sodyum stearat ile modifiye edilmiş aragonit tipi kalsiyum karbonatın temas açısı 127,5°, 5% sodyum oleat ile modifiye edilmiş kalsit tipi kalsiyum karbonatın temas açısı 115,4°'dir. Kalsit ve aragonit tipi kalsiyum karbonat kaplamalar için sırasıyla 151,4° ve 153,2° temas açılarıyla farklı miktarlarda kristalize kalsiyum karbonatın kaplamaların hidrofobikliği üzerindeki etkisi üzerine daha fazla araştırma yapıldı. Son olarak süperhidrofobik kaplamaların kendi kendini temizleme ve darbe dayanımı özellikleri değerlendirildi. Sonuçlar, 500 mL'lik su damlacığı darbe testinden sonra, iki kristalli kalsiyum karbonat süperhidrofobik kaplamanın temas açısının, mükemmel hidrofobikliği koruyarak 140°'nin üzerinde kaldığını gösterdi.
Cheng Yuan ve ekibi, toz yüzey modifikasyonu, kaplama oranının optimizasyonu, "astar son kat" referansı ve kaplama yapım teknolojisinde cilalama yöntemleri yoluyla süperhidrofobik kaplamalar hazırlamak için dolgu maddesi olarak kalsiyum karbonat kılları (CCW'ler) ve nano kalsiyum karbonat (CCNP'ler) kullandı. . Araştırmalar, 15 döngü sürtünmeye maruz kaldığında kaplamanın temas açısının 153,88°'ye, yuvarlanma açısının ise 9,20°'ye ulaşabileceğini göstermiştir. Kaplama mükemmel kendi kendini temizleme özelliğine sahiptir ve kolayca onarılabilir.
Kalsiyum karbonat fonksiyonel kaplamalar hangi yüzeylere uygulanabilir?
Lif
Atık poliamid elyafları kullanan ıslak kaplama teknolojisi, markalı dokuma bantlar gibi kaplanmış tekstillerin hazırlanmasında ana yöntemdir ve aynı zamanda poliamid elyafların fiziksel geri dönüşümü için de önemli bir yoldur. Düşük üretim maliyetlerine ve mükemmel ürün performansına sahiptir. Kalsiyum karbonat, poliamid atık elyafların ıslak kaplama teknolojisinde yaygın olarak dolgu maddesi olarak kullanılan, ticari marka dokuma bantların yüzey kaplamasının kalınlığını, beyazlığını ve gücünü artırabilen ucuz, toksik olmayan ve zararsız bir inorganik tozdur.
Lei Pengfei ve ark. poliamid ıslak kaplama için kalsiyum karbonat kaplama dolgu maddesi hazırlamak amacıyla oleik asit yerinde sentez yöntemini kullandı. Kaplama filminin temas açısı 8,29° azalmış, kaplanan kumaşın mürekkep uzunluğu 10,42 mm azalmış, kaplanan kumaşın pH değeri 7,27'ye düşmüştür. Mürekkep emilimi iyileştirildi ve pH değeri tekstil güvenlik standartlarına daha uygun hale geldi.
Jiang Jikang ve diğerleri. değiştirilmiş kalsiyum karbonatı aşılamak için sentetik bir değiştirici DOPO kullandı ve berrak ve yumuşak kaplama gözenek yapılarına sahip poliamid kaplamalarda düzgün bir dağılım elde etti. Nemli ortamda kaplanan kumaşın pH'ı 7,02 olup çevre gereksinimlerini karşılamaktadır. Mürekkep emme süresi 89 saniyedir, mürekkep uzunluğu 53,4 mm'dir, basılan barkod net ve kırılmazdır ve derecelendirme A seviyesine ulaşır.
Chen Zhijie ve ark. kumaş üzerinde pürüzsüz ve düz, gözenekli ve ince bir poliamid kaplama oluşturarak dispersiyonu arttırmak ve ona alev geciktirici işlev kazandırmak için birleştirme değiştiricilerinde silikon fosfor alev geciktirici bileşenler kullandı. Araştırmalar, modifiye edilmiş kalsiyum karbonatın iyi lipofilikliğe sahip olduğunu ve poliamid 6 kaplı kumaşının iyi bir alev geciktirici etkiye sahip olduğunu göstermiştir.
Beton
Yüzey kaplama teknolojisi, betonun dayanıklılığını artırmak için etkili bir önlemdir ve su geçirmez, buzlanma önleyici ve kendi kendini temizleme özelliklerine sahip süperhidrofobik kaplamalar şu anda araştırmaların sıcak noktalarından biridir.
Xu Huafeng ve diğerleri. mikro nano kompozit pürüzlü yapılar oluşturmak amacıyla beton yüzeyinde kalsiyum karbonat mineralizasyonunu teşvik etmek ve gümüş iyonlarını yerinde nano gümüşe indirgemek için polidopamin kullandı. İşlevselleştirilmiş kalsiyum karbonat biyomimetik süperhidrofobik kaplamalar elde etmek için bunları düşük yüzey enerjili silanla hidrofobik olarak değiştirdiler. Sonuçlar, hem normal hem de simüle edilmiş deniz suyu ortamlarında, kompozit kaplama numunelerinin su emme hacminin, işlenmemiş numunelere kıyasla sırasıyla 90.3% ve 93.44% oranında azaldığını ve bunun iyi su geçirmez ve geçirimsiz özellikler sergilediğini gösterdi. Kompozit kaplama numunesinin zımpara kağıdı yüzeyi üzerinde 5 metrelik eşdeğer bir mesafe boyunca tekrar tekrar sürtünmesinden sonra, kaplamanın temas açısı yalnızca 6.87%'lik bir azalmayla hala 140°'nin üzerindedir ve bu da iyi bir aşınma direnci gösterir.
Dış mekan kumtaşı binalarının korozyon önleyici ve kirlilik direncini arttırmak için Wen Yaping ve ark. sıvı faz reaksiyonu yoluyla, baz malzemesi olarak kalsiyum karbonat ve hidrofobik modifikasyon malzemeleri olarak yağ asitlerini kullanan, kalsiyum karbonat bazlı yağ asidi ile modifiye edilmiş bir kaplama sentezledi. Araştırmalar, oktadekanoik asitle modifiye edilmiş vaterit kalsiyum karbonatın ortalama tane boyutunun nispeten büyük olduğunu (31 nm) ve kumtaşının yüzey pürüzlülüğünün büyük ölçüde değiştiğini göstermiştir. Hidrofobik açı 119°'ye ulaşabilir, kirlilik direnci seviyesi 5'tir ve su emme oranı yalnızca 1.0%'dir. Değiştirilmemiş kaplama ile işlenmiş kumtaşı örnekleriyle karşılaştırıldığında, kumtaşının yüzey kirliliği direncini etkili bir şekilde artırır.
Bardak
Yuan Zhiqing ve diğerleri. süperhidrofobik kaplamalara dayalı polidimetilsiloksan (PDMS)/CaCO3 hazırlamak için basit ve uygulanabilir bir yöntem geliştirdi. Elde edilen kaplama, kraft kağıdı, cam slaytlar ve bakır plakalar gibi farklı alt tabakalara uygulanabilir. Bir cam alt tabaka üzerine kaplandıktan ve oda sıcaklığında kurutulduktan sonra, kaplama yüzeyinin temas açısı 160 ° 'ye ulaşabilir ve kayma açısı 3 °' den azdır. Kesme testi, süperhidrofobik P3 kaplamanın yüksek mekanik kesme direncine ve yapışmaya sahip olduğunu ve stabil bir süperhidrofobik yüzey elde edebildiğini göstermektedir. Dış mekan deneyleri, silikon reçine ve stearik asit ile modifiye edilmiş kalsiyum karbonat kullanılarak kendi kendini temizleyen kaplamaların hazırlanmasının, yaklaşık 110 ° temas açısı ve iyi buğu önleme performansı ile cam panellerin şeffaflığının 85%'den fazlasını koruyabildiğini göstermiştir. 4 ay boyunca dış mekana maruz kaldıktan sonra kendi kendini temizleme performansı temelde zarar görmez.
Metal
Şu anda, duvar paneli malzemelerinin kendi kendini temizleme davranışı son derece endişe vericidir ve bu kendi kendini temizleme davranışı genellikle hidrofobik yüzeyler inşa edilerek elde edilebilir. Liu Changyang ve diğerleri. Magnezyum neodimyum alaşımının yüzeyi üzerine yaklaşık 20 mikron kalınlığında bir kalsiyum karbonat filmi tabakasını eşit şekilde biriktirerek, klorür iyonları içeren simüle edilmiş beton gözenek sıvılarında alaşımın korozyon direncini arttırdı. Kaplanmış numunelerin kimyasal modifikasyonu için perflorodesiltrietoksisilanın kullanılması, kendi kendini temizleme yeteneklerini arttırabilir.
Günümüzde ambalaj, sofra takımı, yapı malzemeleri, çevre dostu malzemeler, tekstil, kaplama, ilaç vb. gibi birçok alanda kalsiyum karbonat fonksiyonel kaplamaların uygulama örnekleri bulunmaktadır. İşletmelerde maliyet düşürme ve verimliliğin artırılmasına yönelik talebin artmasıyla birlikte, Kalsiyum karbonat fonksiyonel kaplamaların uygulanması gelecekte giderek yaygınlaşacak ve uygulama teknolojisi giderek olgunlaşacaktır.
