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Dec 05, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 44 (2023) Citare questo articolo

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I materiali da costruzione con superfici idrofobe possono mostrare una maggiore durata di servizio impedendo l'assorbimento o la diffusione dell'umidità attraverso le loro superfici. Per il calcestruzzo utilizzato nelle costruzioni, questa idrofobicità può prevenire la corrosione delle barre d'acciaio d'armatura. I geopolimeri sono un nuovo materiale legante privo di cemento che è stato ampiamente studiato per sostituire il cemento Portland. Tuttavia, analogamente al calcestruzzo normale, i geopolimeri sono suscettibili all’assorbimento di umidità. Questo articolo presenta la realizzazione di una superficie superidrofobica e autopulente su un geopolimero di cenere volante come metodo per prevenire l'assunzione di umidità. Un rivestimento composito di soluzione di polidimetilsilossano (PDMS) contenente microparticelle disperse di politetrafluoroetilene (PTFE) o stearato di calcio (CS) è stato applicato mediante rivestimento a immersione per formare la superficie idrofobica. Inoltre, le ceneri volanti sono state incorporate nelle microparticelle di PTFE e CS per aumentare la ruvidità della superficie e ridurre il costo del materiale. I risultati sperimentali hanno mostrato che il rivestimento contenente microparticelle di CS ha fornito una superficie idrofobica con un angolo di contatto di 140°, mentre quelli contenenti microparticelle di PTFE hanno fornito una superficie superidrofobica con un angolo di contatto di 159°. L'incorporazione delle ceneri volanti ha comportato un aumento della ruvidità superficiale, portando ad un angolo di contatto più ampio e ad un angolo di scorrimento più piccolo. Sulla superficie rivestita in PTFE/cenere volante è stato osservato un angolo di contatto di 153° con un angolo di scorrimento di 8,7°. Il processo di pulizia è stato dimostrato con un test in cui la polvere veniva rimossa dalle gocce d'acqua che rotolavano via dalla superficie. Il rivestimento testato ha mostrato proprietà autopulenti e impermeabilizzanti e potrebbe quindi migliorare la sostenibilità dei materiali nella costruzione di edifici.

L'idrofilia superficiale o bagnabilità dei materiali da costruzione è uno dei parametri più influenti che ne influenzano la durata. L'umidità può penetrare nella matrice del calcestruzzo, provocando crepe, crescita di alghe e funghi1 e corrosione delle barre di acciaio di rinforzo2. Inoltre, la polvere può depositarsi sui materiali da costruzione, richiedendo pulizia e comportando costi di manutenzione aggiuntivi. Pertanto, lo sviluppo di superfici superidrofobiche e autopulenti per materiali da costruzione è significativo nel proteggere la matrice dall'ingresso di acqua e consentire una facile rimozione della polvere mediante scorrimento dell'acqua3. Le superfici superidrofobiche hanno una bassa forza di adesione ed energia superficiale, riducendo l'accumulo di particelle di polvere e facilitando la pulizia della superficie durante la pioggia4. La superidrofobicità fornisce anche protezione antimicrobica e anticorrosiva al calcestruzzo, prolungandone così la durata.

Una superficie superidrofobica è definita come una superficie con angoli statici di contatto con l'acqua maggiori di 150°5. Per le proprietà autopulenti è richiesto anche un angolo di scorrimento inferiore a 10°, insieme ad un angolo di contatto elevato6. Un angolo di scorrimento basso viene definito “effetto loto” dopo il comportamento superidrofobico e autopulente delle foglie di loto7,8.

Nell'industria edile e tessile, un composto a base di silicio viene spesso utilizzato come agente idrorepellente per produrre un rivestimento idrofobico9,10,11. La spruzzatura, il rivestimento per immersione e la verniciatura sono tecniche semplici ed economiche per generare superfici superidrofobiche sui materiali da costruzione3,12,13,14. A causa della sua bassa energia superficiale, il polidimetilsilossano (PDMS) è un importante composto a base di silicio ampiamente utilizzato come rivestimento di base per ottenere idrofobicità10,11. Tuttavia, l'uso del solo PDMS determina una scarsa adesione alla superficie tessile e non fornisce ruvidità superficiale e proprietà autopulenti; pertanto, il materiale risultante ha una durata limitata in caso di esposizione ad ambienti avversi. Generalmente, la bagnabilità delle superfici solide è controllata dalla composizione chimica e dalle caratteristiche geometriche della superficie.