Estudo e caracterização das mudanças topográficas e molhabilidades de superfícies super-hidrofóbicas submetidas à desgaste abrasivo

Abstract

A estabilidade mecânica das superfícies super-hidrofóbicas (SSHs) é um dos principais entraves para a sua aplicabilidade prática, por exemplo na forma de superfícies autolimpantes, anticongelantes, com baixo arraste hidrodinâmico e anticorrosão. Geralmente, os materiais utilizados para produzir a topografia especial necessária para a criação de SSHs são hidrofílicos, o que exige um revestimento hidrofóbico para alterar a química da superfície, que é outro requisito para a super-hidrofobicidade. Entretanto, essa abordagem apresenta suscetibilidade ao desgaste abrasivo causado por outra superfície que pode entrar em contato, destruindo ambas topografia controlada e revestimento aplicado, o que compromete a durabilidade das SSHs a longo prazo e assim sua aplicação. O presente trabalho visa avaliar a estabilidade mecânica de SSHs artificiais produzidas ao aplicar um filme de silano sobre superfícies previamente texturizadas de alumínio AA 1100, através de avaliação da alteração na topografia e na molhabilidade induzidas por desgaste abrasivo. As amostras foram inicialmente texturizadas por jateamento abrasivo, que foi avaliado em relação aos seus parâmetros e isotropia da textura superficial, sendo em seguida submetidas a um tratamento em água destilada e deionizada fervente para produzir uma camada porosa de oxi-hidróxido que auxilia na criação de uma rugosidade hierárquica e finalmente revestidas com silano (hexadeciltrimetoxissilano – HDTMS), com o objetivo de criar a superfície super-hidrofóbica. Os ensaios de caracterização da topografia e da molhabilidade consistiram de perfilometria óptica, microscopia eletrônica de varredura e medição do ângulo de contato e histerese do ângulo de contato, antes e depois do desgaste abrasivo realizado por diferentes ciclos no abrasímetro Taber. Os resultados apontam que o jateamento produz uma textura isotrópica ao mesmo tempo que a aleatoriedade das asperezas criadas induz a estados intermediários de super-hidrofobicidade. Além disso, foram observadas a diminuição do ângulo de contato estático e aumento da histerese do ângulo de contato, em consequência da alteração na topografia e possível remoção do revestimento causada pelo desgaste abrasivo.

The mechanical stability of the superhydrophobic surfaces (SHSs) is one the main barriers to the practical applicability for example in self-cleaning surfaces, anti-icing, low hydrodynamic drag surfaces and anti-corrosion. In general, the materials used to produce the special topography needed to SHS creation are hydrophilic, which requires a hydrophobic coating to alter the surface chemistry, which is the other requirement to superhydrophocity. However, this approach presents wear susceptibility caused by another surface that may come in contact and destroy both controlled topography and applied coating, which in turn affect long-term durability and therefore the application. The present work aims to evaluate the mechanical stability of artificial SHSs produced by coating a previously textured aluminum alloy (AA1100) with silanes, through evaluation of the topographical and wettability alteration induced by abrasive wear. The samples were initially textured with abrasive sandblasting, which was evaluated regarding its parameters and surface texture isotropy, followed by immersion in boiling distilled and deionized water to produce an oxy-hydroxide porous layer that aids to create a hierarchical roughness, and finally coated with silane (hexadecyltrimethoxysilane – HDTMS), with the aim to create the superhydrophobic surface. The topography and wettability characterization tests consisted of optical profilometry, scanning electron microscopy, and contact angle and contact angle hysteresis measurement before and after the abrasive wear performed with different cycle number in Taber abraser. The results indicate that the sandblasting produces an isotropic texture and at the same time the randomness of asperities created induce intermediate superhydrophocity states. Furthermore, it was observed decrease of the static contact angle and increase of the contact angle hysteresis, in consequence of the topographic alteration and possible coating removal caused by the abrasive wear.