Recubrimientos hidrofóbicos
La hidrofobicidad se refiere a la propiedad de “repeler o no mezclarse con el agua”. Los recubrimientos que crean una superficie hidrófoba o superhidrófoba brindan varios beneficios a la superficie recubierta y al material subyacente. Estos beneficios incluyen una menor acumulación de suciedad, propiedades de autolimpieza, mayor resistencia a la humedad y la corrosión, y mayor durabilidad tanto del recubrimiento como del sustrato. Para comprender y medir la hidrofobicidad es necesario examinar la relación entre el ángulo de contacto y la naturaleza hidrófoba o hidrófila de una superficie.
Las características de la superficie de un material pueden dar lugar a varios tipos de recubrimientos, que van desde los hidrófilos (que atraen el agua) hasta los superhidrófobos (muy repelentes al agua). El ángulo de contacto de una gota de agua sobre la superficie de un recubrimiento está influenciado por varios factores, incluidos los perfiles de superficie a escala macro, micro y nanométrica, así como la tensión superficial del material de recubrimiento. La tensión superficial se refiere a la propiedad elástica de los líquidos que hace que minimicen su área superficial.
Ángulo de contacto para una superficie de revestimiento hidrófoba y una superficie de revestimiento hidrófilo

Como se muestra en la tabla 1, el agua tiene una tensión superficial mayor que muchos solventes comunes utilizados en la industria de la pintura. Esto se debe principalmente a los fuertes enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua. Además, la geometría microscópica de la superficie desempeña un papel fundamental a la hora de determinar la naturaleza hidrofóbica de un revestimiento.
La naturaleza ofrece numerosos ejemplos de superficies hidrófobas y superhidrófobas, siendo una de las más notables la hoja de loto. El agua sobre una hoja de loto presenta un ángulo de contacto que supera los 150°, un indicador clave de sus propiedades hidrófobas extremas. La capacidad de autolimpieza de la hoja de loto se debe a su estructura superficial hidrófoba de doble capa. Este diseño único minimiza el área de contacto y las fuerzas de adhesión entre las gotas de agua y la superficie de la hoja, lo que permite que las gotas se deslicen fácilmente, acumulando polvo y residuos en el proceso. La doble estructura a escala micrométrica de la hoja consta de proyecciones en forma de aguja cubiertas por una capa cerosa, lo que mejora sus capacidades hidrófobas y de autolimpieza.

Las proyecciones cubiertas de cera en superficies como la hoja de loto tienen aproximadamente de 10 a 20 µm de altura y de 10 a 15 µm de ancho. Estas ceras, que forman la capa superior de la estructura doble de la hoja, son inherentemente hidrófobas. Algunas plantas presentan ángulos de contacto de hasta 160°, lo que las clasifica como superhidrófobas. En tales casos, solo el 2-3% de la superficie de una gota de agua entra en contacto con la superficie de la planta. Cuando el área de contacto se reduce a menos del 0.6%, el efecto de autolimpieza se vuelve muy pronunciado.
Hasta este punto, hemos explorado los factores que influyen en la hidrofobicidad, incluidos el ángulo de contacto, la estructura de la superficie y el comportamiento humectante de los solventes orgánicos en comparación con el agua, que se debe a su menor tensión superficial. El siguiente paso se centra en las estrategias para mejorar la hidrofobicidad de los sistemas de recubrimiento, en particular desde una perspectiva de ingeniería de superficies.
Para optimizar la hidrofobicidad de un revestimiento, es esencial minimizar la energía superficial del material de revestimiento. Una energía superficial más baja, combinada con una superficie bien estructurada, mejora significativamente el rendimiento hidrofóbico. La energía superficial se mide en las mismas unidades que la tensión superficial (fuerza por unidad de longitud, como dinas/cm). Los líquidos con alta tensión superficial, como el agua, presentan una humectación deficiente (ángulo de contacto alto) en revestimientos con baja energía superficial, lo que conduce a una hidrofobicidad máxima. Como se muestra en la Tabla II, la energía superficial de los materiales varía considerablemente en función de su composición e interacción con el agua.
Por ejemplo, un revestimiento fabricado con polihexafluoropropileno, que tiene una energía superficial de 12.0 dinas/cm, producirá una superficie más hidrófoba que uno fabricado con polimetilmetacrilato, que tiene una energía superficial de 40.2 dinas/cm. Para maximizar la hidrofobicidad, los grupos funcionales más hidrófobos del material deben estar orientados hacia la superficie.
Por ejemplo, si se utiliza un trimetoxisilano organofuncional para la modificación de la superficie, sus grupos metoxisilano deben diseñarse de modo que ocupen la capa superficial. De manera similar, los grupos perfluoro y alifáticos ubicados en la superficie del recubrimiento proporcionan una hidrofobicidad significativamente mayor en comparación con los grupos éster o alcohol. La jerarquía de la tensión superficial, de menor a mayor, enfatiza la importancia de una cuidadosa selección del material y la ingeniería de la superficie para lograr un rendimiento hidrofóbico superior.
Proporcionar una mayor hidrofobicidad en todo un revestimiento diseñado adecuadamente también puede proporcionar atributos adicionales como una mejor resistencia a la corrosión y a la humedad.
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