Un recubrimiento auto-curativo, repelente al agua, desarrollado spray-on en la Universidad de Michigan es cientos de veces más duradero que sus contrapartes.
Una gota de agua rebota de un recubrimiento hidrófobo sobre una superficie que ha sido quemada y desgastada en el NCRC el 28 de marzo de 2017. Crédito: Joseph Xu / Productor de contenido multimedia, Universidad de Michigan - Colegio de Ingeniería
Podría permitir la impermeabilización de vehículos, ropa, tejados y muchas otras superficies para los cuales los tratamientos impermeabilizantes actuales son demasiado frágiles. También se podría reducir la resistencia de los cascos de los buques, una medida que reduciría el consumo de combustible de los enormes buques que transportan el 90 por ciento de la carga del mundo.
Los desarrolladores dicen que la nueva mezcla es una brecha en un campo donde décadas de investigación han podido producir un recubrimiento durable. Mientras que acabados impermeables están disponibles en la actualidad, por lo general no son lo suficientemente fuertes como para aplicaciones en ropa o cascos de buques. Este descubrimiento lo cambia.
"Miles de superficies superhidrófobas se vieron en los últimos 20 o 30 años, pero nadie ha sido capaz de averiguar cómo sistemáticamente diseñar una que sea durable," dice Anish Tuteja, profesor asociado de U-M de ciencia de los materiales e ingeniería. "Creo que eso es lo que realmente hemos logrado aquí, y va a abrir la puerta para otros investigadores crear más barato y tal vez incluso mejores recubrimientos superhidrófobos ".
La capa está hecha de una mezcla de un material llamado "elastómero de poliuretano fluorado" y una molécula hidrófuga especializada conocida como "F-Web" Se puede rociar fácilmente en prácticamente cualquier superficie y tiene una textura ligeramente gomosa que hace que sea más resistente que sus predecesores.
Podría permitir la impermeabilización de vehículos, ropa, tejados y muchas otras superficies para los cuales los tratamientos impermeabilizantes actuales son demasiado frágiles. También se podría reducir la resistencia de los cascos de los buques, una medida que reduciría el consumo de combustible de los enormes buques que transportan el 90 por ciento de la carga del mundo.
Los desarrolladores dicen que la nueva mezcla es una brecha en un campo donde décadas de investigación han podido producir un recubrimiento durable. Mientras que acabados impermeables están disponibles en la actualidad, por lo general no son lo suficientemente fuertes como para aplicaciones en ropa o cascos de buques. Este descubrimiento lo cambia.
"Miles de superficies superhidrófobas se vieron en los últimos 20 o 30 años, pero nadie ha sido capaz de averiguar cómo sistemáticamente diseñar una que sea durable," dice Anish Tuteja, profesor asociado de U-M de ciencia de los materiales e ingeniería. "Creo que eso es lo que realmente hemos logrado aquí, y va a abrir la puerta para otros investigadores crear más barato y tal vez incluso mejores recubrimientos superhidrófobos ".
La capa está hecha de una mezcla de un material llamado "elastómero de poliuretano fluorado" y una molécula hidrófuga especializada conocida como "F-Web" Se puede rociar fácilmente en prácticamente cualquier superficie y tiene una textura ligeramente gomosa que hace que sea más resistente que sus predecesores.
Animación de una gota de agua, cortesía de Anish Tuteja
Si está dañado, el revestimiento puede curarse a sí mismo cientos de veces. Puede echar atrás "incluso después de estar desgastado, rayado, quemado, limpiado con plasma, aplanado, sonicados y atacado químicamente," los investigadores escribieron en un artículo recientemente publicado en ACS Applied Materials & Interfaces.
Además de recuperarse físicamente, el recubrimiento puede curarse a sí mismo químicamente. Si las moléculas de F-POSS repelente al agua se raspan de la superficie, nuevas moléculas naturalmente migrarán allí para sustituirlas. Así es como el revestimiento puede renovarse cientos de veces. Su capacidad curativa es limitada únicamente por su grosor.
El descubrimiento ha sido comercializado por HygraTek, una empresa fundada por Tuteja con la asistencia de U-M Tech Transfer.
Más allá de las capas en el papel, el proyecto produjo lo que equivale a una receta que los investigadores pueden utilizar para optimizar futuros revestimientos a los requerimientos de una aplicación específica para costo, durabilidad y otros factores.
Como explica el autor principal y estudiante de doctorado UM Kevin Golovin, el equipo utilizó un proceso que era radicalmente diferente de la anterior investigación en el campo.
"La mayoría de los investigadores de ciencia de los materiales se han centrado en la identificación de un sistema químico específico que es tan duradero y repelente al agua como sea posible", dijo. "Abordamos el problema diferentemente, por medición y mapeo de las propiedades químicas básicas que hacen una capa repelente duradera al agua . Y algunos de los resultados nos sorprenden."
Por ejemplo, la mayoría de los revestimientos hidrofóbicos están hechos de dos ingredientes principales: una molécula activa que proporciona la repelencia al agua y un aglutinante. En general, los investigadores han asumido que con ingredientes más duraderos sería un revestimiento más duradero. Pero el equipo de Tuteja descubrió que ese no es necesariamente el caso.
Como explica el autor principal y estudiante de doctorado UM Kevin Golovin, el equipo utilizó un proceso que era radicalmente diferente de la anterior investigación en el campo.
"La mayoría de los investigadores de ciencia de los materiales se han centrado en la identificación de un sistema químico específico que es tan duradero y repelente al agua como sea posible", dijo. "Abordamos el problema diferentemente, por medición y mapeo de las propiedades químicas básicas que hacen una capa repelente duradera al agua . Y algunos de los resultados nos sorprenden."
Por ejemplo, la mayoría de los revestimientos hidrofóbicos están hechos de dos ingredientes principales: una molécula activa que proporciona la repelencia al agua y un aglutinante. En general, los investigadores han asumido que con ingredientes más duraderos sería un revestimiento más duradero. Pero el equipo de Tuteja descubrió que ese no es necesariamente el caso.
Descubrieron que incluso más importante que la durabilidad es una propiedad llamada "miscibilidad parcial", o la capacidad de dos sustancias de mezclarse parcialmente. La otra variable clave que el equipo ha descubierto es la estabilidad de la superficie repelente al agua.
La mayoría de los revestimientos impermeables trabajan debido a que su superficie tiene una geometría muy específica, a menudo pilares microscópicos. Las gotas de agua se posan en las puntas de estos pilares, creando bolsillos de aire por debajo que niegan al agua un lugar sólido para descansar y hacer que se caiga fácilmente. Pero tales superficies tienden a ser frágiles: una abrasión leve o incluso la presión del agua las puede dañar.
La investigación del equipo encontró que una superficie que es un poco flexible puede escapar de esta trampa, aunque parece menos duradera, sus propiedades flexibles le permiten recuperarse de daños.
Tuteja estima que los recubrimientos estarán disponibles para el uso antes de finales de 2017 para aplicaciones que incluyen telas impermeables y recubrimientos en spray que pueden ser comprados directamente por los consumidores.