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Coatings

Una capa fluorada que es completamente repelente

Esta película transparente y autoreparable repele más de 100 líquidos, incluidos los ácidos concentrados y los disolventes de baja tensión superficial

by Mark Peplow, special to C&EN
October 16, 2018 | APPEARED IN VOLUME 96, ISSUE 42

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Credit: Nat. Mater.
La nueva capa fluorada protege una capa petri de poliestireno de una gota del disolvente tetrahidrofurano (de color azul). El disolvente normalmente disuelve este plástico.

Algunas capas repelentes de líquidos permanecen secas bajo una gran cantidad de agua, mientras que otras repelen aceites y disolventes orgánicos. Algunas pueden aguantar tratamientos agresivos, resistiendo ácidos fuertes, altas temperaturas, o incluso autorreparándose después de ser dañadas.

Ahora, unos investigadores han creado una verdadera ‘navaja Suiza’ de película repelente que combina todas esas propiedades y más, gracias a su química y textura únicas (Nat. Mater. 2018, DOI: 10.1038/s41563-018-0178-2). “Estamos controlando un rango de estructuras diferentes, desde enlaces químicos y la nanoescala hasta el nivel microscópico” dice Frank Caruso, de la Universidad de Melbourne, parte del equipo que hay detrás del material super-omnifóbico.

El revestimiento es una mezcla de 1H,1H,2H,2H-perfluorohexiltriclorosilano (PTFS) y n-butilcianoacrilato (n-BCA), combinados en una disolución de dicloropentafluoropropano. Al pulverizarse sobre una superficie, el vapor de agua de la atmósfera desencadena una serie de reacciones de polimerización entre el PFTS y el n-BCA para crear una película resistente y transparente. Esta capa contiene nanopartículas poliméricas que se agregan para formar una superficie altamente texturizada que puede atrapar diminutos bolsillos de aire para ayudar a repeler los líquidos.

En las pruebas que realizaron los científicos, este recubrimiento repelió más de 100 líquidos diferentes, incluyendo agua, n-pentano, perfluorohexano, y ácido fluorhídrico concentrado. Las gotas de líquido formaban glóbulos casi esféricos en el recubrimiento con ángulos de contacto de al menos 150 grados – generalmente considerado como la marca de una superficie super-repelente. Una ligera inclinación de la superficie –generalmente de menos de 5 grados– fue suficiente para hacer que las gotas se desprendieran de forma limpia. Un chorro de n-pentano, el cual tiene una tensión superficial muy baja y humedece la mayoría de las superficies, simplemente rebotó en estas superficies recubiertas.

Los investigadores dicen que el n-BCA actúa como un potente adhesivo para anclar el recubrimiento a un amplio rango de sustancias, como madera, metal, vidrio y tela de poliéster. Caruso sugiere que esta fuerte adhesión podría reducir el riesgo de escape del recubrimiento al medio ambiente, un problema asociado a otros compuestos polifluorados.

La cubierta continuó repeliendo líquidos a 100 °C y mantuvo sus propiedades después de ser sometida a rascado, corrosión y lavado. Sólo cuando los investigadores la restregaron con plasma de oxígeno perdió su capacidad de repulsión. Incluso entonces, el material se autorreparó después de 24 horas a temperatura ambiente, o solo en 10 minutos si se calentaba a 120 °C, recuperando completamente sus súper poderes al reorganizarse sus cadenas poliméricas.

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Muchas de estas propiedades se han combinado en otros materiales anteriores, dice Doris Vollmer en el Instituto Max Planck para Investigación en Polímeros, quien estudia recubrimientos súper-repelentes. Pero la habilidad de esta capa para repeler el n-pentano es inusual, así como lo es su completa recuperación de repeler n-pentano tras su autorreparación.” “Esto es mejor que lo que he visto en otros recubrimientos”, dice ella.

Credit: Nat. Mater.
Una gota de pentano cae en un trozo de tela con recubrimiento súper-repelente.

El simple método de aerosol podría hacer a este revestimiento atractivo en aplicaciones comerciales, dice Jas Pal S. Badyal, quien desarrolla superficies funcionales en la Universidad de Durham: “El enfoque en un solo paso es bueno”, dice. Sin embargo, el uso de dicloropentafluoropropano como disolvente en los precursores del recubrimiento podría ser un obstáculo, agrega, debido al impacto medioambiental de dichos compuestos halogenados.

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Caruso sugiere que el material podría más adelante desarrollarse como un recubrimiento protector frente a riesgos químicos, y el equipo ya está trabajando con socios industriales. “Pero todavía hay un largo camino por recorrer en términos de aplicaciones,” añade, apuntando que necesitan reducir el coste del recubrimiento y evaluar su durabilidad a largo plazo.

Traducido al español por Marta Isabel Gutiérrez Jiménez para C&EN. La versión original (en Inglés) de este artículo está disponible aquí.

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