New insights in super-hydrophilicity of TiO2-SiO2 nanocomposite films

• Autor(a) principal: Niparte, Baiba
• Data de Publicação: 2012
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/9228
• topic: Engenharia de materiais; Materiais compósitos; Filmes finos; Poliesteres

Os efeitos resultantes da hidrofilicidade de compósitos TiO2-SiO2 com diferente reatividade e composição química em processos sol-gel têm sido descritos na literatura. Esses resultados mostram que formulações sol-gel menos reativas originam super-hidrofilicidade, isto é, um ângulo de contacto inferior a 10° após envelhecimento superior a 8 semanas (envelhecimento em condições ambiente). Tendo em conta a morfologia de derivados de filmes compósitos e diferentes modelos termodinâmicos de superficie, sugere-se que um filme compósito com uma textura mais porosa poderá levar a um efeito de super-hidrofilicidade superior. Para verificar esta hipótese, neste projeto optou-se por estudar em detalhe compósitos TiO2-SiO2 mais reativos com diferentes composições (0, 20, 60 e 100 mol% de SiO2), em que a uma maior reatividade sol-gel é esperada uma redução da super-hidrofilicidade dos filmes compósitos. Com o objetivo de criar artificialmente uma morfologia rugosa/porosa, utilizaram-se neste caso camadas de esferas de poliestireno (PS) com um diâmetro médio de 0.6 μm. Com o objetivo de definir as melhores condições para obter camadas compactas 2D de esferas de PS foram estudados diferentes parâmetros no método de revestimento spin-coating. Realizaram-se experiências com diferentes velocidades de rotação (1000rpm e 500rpm). Outros parâmetros de deposição por spin-coating ajustados foram a rotação a 5000rpm/s, tempo de rotação de 1s, concentração de esferas de PS a 1wt% em EtOH, e um volume de 100μL para a solução de PS. As camadas 2D de PS foram posteriormente impregnadas em sóis de TiO2-SiO2. A utilização de esferas de PS permitiu obter filmes compósitos de TiO2-SiO2 com rugosidade aproximadamente cem vezes superior aos filmes compósitos obtidos na ausência das esferas de PS. Estas características morfológicas foram confirmadas por microscopia ótica, microcopia eletrónica (SEM) e microscopia de força atómica (AFM). Por sua vez, medições do ângulo de contacto mostraram que a hidrofilicidade aumenta após as modificações morfológicas efetuadas e, nos melhores casos (amostras com 20-60 mol% de SiO2), os ângulos de contacto de água obtidos foram inferiores a 5o, após 6 semanas de envelhecimento (sob condições ambiente). Este estudo mostrou igualmente que nestes casos existe uma relação entre: 1) o revestimento da superfície das esferas de PS, 2) a rugosidade/porosidade da superfície dos filmes S1-X+PS, e 3) a persistência da super-hidrofilicidade.