Modificação da superfície de materiais para super-hidrofobicidade e hidrofilicidade

Abstract

As superfícies e suas propriedades são importantes numa ampla gama de aplicações porque geralmente elas determinam as interações primarias das interfases. As características físico-químicas da superfície dos materiais desempenham um papel importante em diversas tecnologias, tais como adesão, biomateriais, revestimentos de proteção, o atrito, desgaste, materiais compostos, dispositivos de microeletrônica e tecnologia de película fina. Mas, a maioria dos materiais não possui as propriedades de superfície necessárias para uma aplicação desejada e se faz necessário então modificar a superfície para cada aplicação em particular. A presente tese de doutorado apresenta resultados sobre modificação de superfícies de materiais para obter superfícies super-hidrofóbicas e hidrofílicas com controle do grau de molhabilidade. As superfícies super-hidrofóbicas foram fabricadas utilizando dióxido de titânia e trimetoxi propil silano em solventes aquosos e não aquosos seguindo um processo muito simples que envolve basicamente duas etapas: i) Uma primeira etapa que consiste da mistura de um composto silano diluído num solvente adequado com nanoparticulas de dióxido de titânio (Ti02). ii) Na segunda etapa a dispersão anterior é espalhada na superfície a tratar (vidro, metal, polímero, etc.) seguida de uma cura a temperaturas moderadas para permitir a condensação de grupos hidroxilas e polimerização. A superfície resultante mostrou altos ângulos de contato (> 150 °) com diferente histerese angular. A origem das diferentes histereses angulares de estas superfícies superhidrofóbicas são analisadas utilizando diferentes técnicas de caracterização. Para converter um material hidrofóbico a hidrofílico foi utilizada radiação eletromagnética UV, VUV ou radiação síncrotron na presença de uma atmosfera gasosa reativa. A superfície polimérica modificada permanece longos períodos de tempo hidrofilicos o que contrasta com técnicas de modificação que usam coroa ou plasma.

The surfaces and their properties are important in a wide range of applícations because they generally determine the interactions of the primary interfaces. The physico-chemical properties of the surface of the material play an important role in various technologies such as adhesion, biomaterials, protective coatings, friction, wear, composites, microelectronic devices and thin film technology. But, most materiais do not have the surface properties needed for a desired application and then becomes necessary to modify the surface for each particular application. This doctoral thesis presents results on surface modification of materiais surfaces to super-hydrophobicity using silane and hydrophilicity using UV,VUV and synchrotron radiations. The superhydrophobic surfaces are fabricated using titanium dioxide and trimethoxypropyl silane in aqueous or non-aqueous solvents. The superhydrophobic surfaces were obtained using a simple process that basically involves two steps: i) The first step isto mix the silane solution (aqueous or non-aqueous) with titanium dioxide. ii) In the second step the dispersion is casted on a substrate (glass or metal) at moderate temperatures to allow condensation reaction to takes place. The resulting surface showed high water contact angles (> I 50 °) with different contact angle hysteresis. The reasons for the different contact angles hysteresis of these superhydrophobic surfaces are analyzed using different characterising techniques and justified. Surface modification of polymer was carried out to induce hydrophilic properties using UV, VUV or synchrotron radiation in the presence ofreactíve gas. The modified polymer surface showed permanent hydrophilic properties when compared to corona or plasma modification techniques.