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Dec 05, 2023

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 44 (2023) Citar este artículo

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Los materiales de construcción con superficies hidrofóbicas pueden presentar una mayor vida útil al evitar la absorción o difusión de humedad a través de sus superficies. Para el hormigón utilizado en la construcción, esta hidrofobicidad puede prevenir la corrosión de las barras de acero de refuerzo. Los geopolímeros son un nuevo material aglutinante sin cemento que ha sido ampliamente estudiado para reemplazar el cemento Portland. Sin embargo, al igual que el hormigón normal, los geopolímeros son susceptibles a la entrada de humedad. Este artículo presenta la fabricación de una superficie superhidrófoba y autolimpiante sobre un geopolímero de cenizas volantes como método para prevenir la entrada de humedad. Se aplicó un recubrimiento compuesto de una solución de polidimetilsiloxano (PDMS) que contenía micropartículas dispersas de politetrafluoroetileno (PTFE) o estearato de calcio (CS) mediante recubrimiento por inmersión para formar la superficie hidrófoba. Además, se incorporaron cenizas volantes con micropartículas de PTFE y CS para aumentar la rugosidad de la superficie y reducir el costo del material. Los resultados experimentales mostraron que el recubrimiento que contenía micropartículas de CS produjo una superficie hidrofóbica con un ángulo de contacto de 140°, mientras que aquellos que contenían micropartículas de PTFE proporcionaron una superficie superhidrofóbica con un ángulo de contacto de 159°. La incorporación de cenizas volantes dio como resultado una mayor rugosidad de la superficie, lo que llevó a un mayor ángulo de contacto y un menor ángulo de deslizamiento. Se observó un ángulo de contacto de 153° con un ángulo de deslizamiento de 8,7° sobre la superficie recubierta de PTFE/cenizas volantes. El proceso de limpieza se demostró con una prueba en la que el polvo se eliminaba mediante gotas de agua que caían de la superficie. El revestimiento probado mostró propiedades de autolimpieza e impermeabilización y, por lo tanto, pudo mejorar la sostenibilidad de los materiales en la construcción de edificios.

La hidrofilia o humectabilidad de la superficie de los materiales de construcción es uno de los parámetros más influyentes que afectan su vida útil. La humedad puede absorberse en una matriz de concreto, lo que resulta en grietas, crecimiento de algas y hongos1 y corrosión de las barras de acero de refuerzo2. Además, el polvo puede depositarse en los materiales de construcción, lo que requiere limpieza y genera costos de mantenimiento adicionales. Por lo tanto, el desarrollo de superficies superhidrófobas y autolimpiantes para materiales de construcción es importante para proteger la matriz de la entrada de agua y permitir una fácil eliminación del polvo mediante deslizamiento de agua3. Las superficies superhidrófobas tienen baja fuerza de adhesión y energía superficial, lo que reduce la acumulación de partículas de polvo y facilita la limpieza de la superficie durante la lluvia4. La superhidrofobicidad también proporciona protección antimicrobiana y anticorrosión al hormigón, extendiendo así su vida útil.

Una superficie superhidrófoba se define como una superficie con ángulos de contacto estático con agua superiores a 150°5. También se requiere un ángulo de deslizamiento de menos de 10° para las propiedades de autolimpieza, junto con un alto ángulo de contacto6. Un ángulo de deslizamiento bajo se conoce como “efecto loto” por el comportamiento superhidrófobo y autolimpiante de las hojas de loto7,8.

En las industrias textil y de la construcción, a menudo se utiliza un compuesto a base de silicio como agente repelente del agua para producir un recubrimiento hidrófobo9,10,11. La pulverización, el revestimiento por inmersión y la pintura son técnicas sencillas y rentables para generar superficies superhidrófobas en materiales de construcción3,12,13,14. Debido a su baja energía superficial, el polidimetilsiloxano (PDMS) es un importante compuesto a base de silicio ampliamente utilizado como recubrimiento base para lograr hidrofobicidad10,11. Sin embargo, el uso de PDMS únicamente da como resultado una mala adhesión a la superficie textil y no proporciona rugosidad superficial ni propiedades de autolimpieza; por tanto, el material resultante tiene una durabilidad limitada tras la exposición a entornos adversos. Generalmente, la humectabilidad de las superficies sólidas está controlada por la composición química y las características geométricas de la superficie.

La superhidrofobicidad se puede lograr creando una superficie rugosa en sustratos con baja energía superficial11,15. Se han utilizado diferentes tipos de micropartículas para crear rugosidad superficial, como óxido de titanio11, nanopartículas de SiO210 y politetrafluoroetileno (PTFE)3,13,16. El PTFE tiene una baja energía superficial y excelentes propiedades para reducir la adherencia y la fricción. En la industria de la construcción, el estearato de calcio (CS) se ha utilizado como aditivo repelente al agua para impermeabilizar el hormigón. Sin embargo, una alta proporción de CS aumenta el contenido de aire, reduciendo la densidad del hormigón17. La energía superficial del PTFE es de 19 mJ/m218, mientras que la del CS es de 23 mJ/m219. Sin embargo, generalmente se selecciona CS en lugar de PTFE para mejorar la hidrofobicidad de los materiales de construcción debido a su menor costo.

Actualmente, se fomenta ampliamente el empleo de materiales de construcción ecológicos. Con este fin, la utilización de cenizas de residuos industriales para reducir la cantidad de cemento Portland en las mezclas de hormigón es un enfoque ecológico. Las cenizas residuales industriales, que son cenizas volantes (FA), cenizas de fondo, cenizas de cáscara de arroz, cenizas de bagazo y cenizas combustibles de aceite de palma, se emplean cada vez más para reemplazar parcialmente el cemento Portland en pavimentos y carreteras20,21,22,23. Los geopolímeros son aglutinantes sin cemento preparados mediante la reacción de materiales ricos en sílice y alúmina con soluciones alcalinas. Los materiales fuente preferidos son las cenizas volantes, la escoria y el metacaolín, y los activadores alcalinos más utilizados son el hidróxido de sodio y el silicato de sodio. Estas soluciones reaccionan con sílice activa (SiO2) y alúmina (Al2O3) y forman una red Si-O-Al24,25. Fragua y endurece de forma similar a la pasta de cemento. Este material ha sido ampliamente estudiado por su buen comportamiento26,27.

Al igual que los materiales a base de cemento, los geopolímeros pueden absorber humedad y agua porque tienen estructuras porosas y contienen muchos huecos. Por tanto, este estudio propone la fabricación de superficies superhidrófobas y autolimpiantes sobre geopolímeros. Se trata de un revestimiento de superficie rugosa producido mediante la incorporación de micropartículas de PTFE y CS dispersas en un aglutinante de PDMS, en el que el PDMS une y fija las micropartículas a la superficie del material11. Los investigadores han informado sobre la fabricación de superficies hidrofóbicas en materiales de construcción3 y tejidos de algodón28 con el uso de cenizas volantes. Se ha utilizado un revestimiento por pulverización en dos pasos en materiales de construcción3 mediante el cual primero se pulveriza una solución de resina epoxi sobre la superficie y luego se pulveriza una suspensión de cenizas volantes. Para las telas de algodón28, la superficie hidrofóbica se prepara sumergiendo las telas en una solución suspendida de cenizas volantes, secándolas y luego curándolas a 120 °C. Luego, se aplica un OTES a las telas de algodón recubiertas de cenizas volantes para reducir la energía superficial. Los materiales de revestimiento desarrollados aquí podrían aplicarse en un solo paso mediante recubrimiento por inmersión o pintarse sobre la superficie de materiales de construcción. En este estudio, se eligió el método de recubrimiento por inmersión para aplicar un recubrimiento compuesto de PDMS que contiene micropartículas dispersas de PTFE o CS, en el que también se incorporó FA para proporcionar rugosidad superficial adicional y reducir los costos de material3. Se midieron los ángulos de contacto y los ángulos de deslizamiento de las gotas de agua sobre la superficie del recubrimiento para caracterizar las propiedades superhidrófobas y de autolimpieza. El revestimiento compuesto desarrollado también debería ser útil para producir revestimientos superhidrófobos sobre otros materiales de construcción.

Se utilizaron micropartículas de PTFE y CS como materiales repelentes al agua para fabricar superficies superhidrófobas. Se compraron PTFE y CS de calidad comercial a un proveedor de productos químicos. La FA era de una central eléctrica BLCP en la provincia de Rayong, Tailandia. El FA era un subproducto del proceso de combustión de carbón pulverizado utilizando carbón bituminoso como materia prima. Se utilizó para preparar geopolímeros y reemplazar materiales hidrófugos para reducir costos de materiales y proporcionar mayor rugosidad superficial3. Las partículas de PTFE y CS eran blancas y el FA era marrón oscuro. Los tamaños medios de partículas (D50) de PTFE, CS y FA fueron 3,3, 8,6 y 13,1 µm, respectivamente, medidos con un analizador de tamaño de partículas (Malvern Mastersizer 3000); Además, sus valores de gravedad específica correspondientes fueron 2,1, 1,1 y 2,2, según lo probado de acuerdo con ASTM C188-14. Las propiedades físicas de estas micropartículas se muestran en la Tabla 1. La morfología de las partículas, a partir de microscopía electrónica de barrido (SEM, Leo 1450VP, recubrimiento de oro), se muestra en la Fig. 1. Las partículas de PTFE y CS tienen formas irregulares, mientras que las Las partículas de FA son esféricas debido a su rápida solidificación mientras están suspendidas en los gases de combustión calientes.

Imágenes SEM de las partículas (a) PTFE, (b) CS y (c) FA.

Además, se utilizó PDMS líquido con un agente de curado, hexano y solución de silicato de sodio (Na2SiO3, 30% en peso de SiO2, 9% en peso de Na2O). Se preparó una solución de hidróxido de sodio 8 M (NaOH 8 M) a partir de NaOH sólido. Para preparar el mortero de geopolímero se utilizó arena fina de río con un peso específico de 2,7 y un módulo de finura de 1,9.

Como sustrato para el revestimiento se utilizó el mortero de geopolímero FA. La solución alcalina mezclada se preparó con una relación másica de Na2SiO3 a NaOH de 2. Se mezclaron cien gramos de FA y 100 g de solución alcalina en un recipiente para mezclar. La mezcla se mezcló hasta obtener una pasta uniforme. Luego se añadieron a la pasta 200 g de arena fina de río. El mortero se vertió en moldes de silicona de 2,5 × 5 × 1 cm3 y se curó a 65 °C durante 24 h26. Los morteros de geopolímero endurecidos fueron desmoldados y guardados en bolsas con cierre zip.

PDMS es un polímero hidrófobo económico y se utilizó para recubrir superficies sólidas. La solución de PDMS se preparó mezclando 0,9 g de la base de PDMS con 0,1 g del agente de curado en un vaso de precipitados. Luego la solución se diluyó con 30 ml de hexano como diluyente10,15. Las micropartículas (PTFE o CS) se mezclaron completamente en seco con FA y luego se agregaron a la solución de PDMS. La sonicación se realizó en la mezcla usando un baño ultrasónico durante 10 minutos para dispersar las micropartículas en la solución de PDMS y permitir la formación del precursor de recubrimiento. Posteriormente, los morteros de geopolímero de 28 días se sumergieron en la solución durante 30 s y se dejaron secar a temperatura ambiente (26–30 °C) durante 24 h. Las proporciones de las mezclas repelentes al agua se muestran en la Tabla 2. Los espesores de los diferentes recubrimientos probados se midieron en términos de rugosidad de la superficie utilizando imágenes SEM y el programa ImageJ. Esta medición de rugosidad mostró la rugosidad promedio (Ra). En la Fig. 2 se muestra un diagrama esquemático para la fabricación del geopolímero superhidrófobo recubierto con repelente al agua.

Fabricación del geopolímero superhidrófobo con revestimiento repelente al agua.

Los ángulos de contacto y deslizamiento de una gota de agua sobre las muestras recubiertas se midieron utilizando un goniómetro de ángulo de contacto (Ossila L2004A1). Los resultados son el promedio de tres pruebas con un valor de p inferior a 0,05 (5%). También se examinó mediante SEM la microestructura formada en las superficies recubiertas. Las imágenes SEM de la superficie recubierta se utilizaron para crear un trazado de superficie 3D y para la reconstrucción del perfil de la superficie utilizando el programa ImageJ.

La durabilidad de las superficies revestidas se determinó mediante una prueba de adhesión siguiendo la norma ASTM C3359-1730. Brevemente, se dibujó una rejilla de 1 mm x 1 mm con seis cortes encima de una muestra recubierta. A continuación se aplicó un trozo de cinta adhesiva (cinta Scotch) sobre el patrón de celosía y luego se retiró. La adhesión del recubrimiento se evaluó cualitativamente en una escala de 0 a 5.

La prueba de autolimpieza se realizó para determinar la capacidad de eliminar el polvo que generalmente resulta de la acumulación de partículas de humo o emisiones industriales. En este estudio, se seleccionó ceniza de bagazo para representar el polvo de las emisiones industriales y se utilizó para determinar la capacidad de autolimpieza de los recubrimientos. La ceniza se obtuvo de la combustión de bagazo en una fábrica de azúcar31. La ceniza de bagazo se pasó a través de un tamiz No. 40 (abertura de 0,42 mm) según lo recomendado por ASTM D2132-1932 para determinar la capacidad de autolimpieza de cada recubrimiento. Se espolvoreó ceniza sobre la superficie recubierta y luego se colocó una gota de agua sobre el polvo11. Se grabaron imágenes mientras la gota de agua rodaba sobre el polvo.

Las propiedades humectantes de una superficie se caracterizan por el ángulo de contacto. Un ángulo de contacto alto implica una baja humectación de una superficie sólida. Generalmente, una superficie es hidrófoba cuando su ángulo de contacto estático con el agua es superior a 90°, y una superficie se clasifica como superhidrófoba cuando el ángulo de contacto supera los 150°. Además, un ángulo de deslizamiento inferior a 10° es una superficie autolimpiante6. El ángulo de contacto estático con el agua de la superficie recubierta se muestra en la Tabla 3.

Los resultados mostraron que la superficie del geopolímero sin recubrir era hidrófila con un ángulo de contacto de menos de 90°, lo que permitió que el agua penetrara la matriz. La superficie del geopolímero recubierto con PDMS (la muestra de control) era resistente al agua e hidrofóbica, presentando un ángulo de contacto de 113°, similar al reportado previamente33. Sin embargo, la muestra anterior no era autolimpiante ya que no tenía la rugosidad superficial requerida. Por lo tanto, se agregaron micropartículas hidrofóbicas, es decir, CS y PTFE, para controlar la estructura geométrica y aumentar la rugosidad de la superficie11,34,35. Posteriormente, los ángulos de contacto de las gotas de agua sobre las superficies recubiertas aumentaron a 140° y 159° para las superficies recubiertas que contenían CS y PTFE, respectivamente.

Con la incorporación adicional de FA con CS (muestra CS-F), el ángulo de contacto fue de 152°, aumentando la superhidrofobicidad de la superficie recubierta. Esto se debió a las diferencias en el tamaño y la forma de las partículas de FA y CS, como se muestra en la Tabla 1 y la Fig. 1. Las partículas de CS se depositaron sobre las partículas de FA dispersas, lo que llevó a la formación de pequeñas protuberancias redondas. Estas protuberancias redondas, como en el caso de las hojas de loto13, juegan un papel importante a la hora de conferir un comportamiento superhidrófobo al revestimiento, evitando el mojado y evitando la penetración de agua en el hormigón.

Cuando se incorporó adicionalmente FA con PTFE (muestra de PTFE-F), el ángulo de contacto se redujo ligeramente de 159° a 153° en comparación con solo las micropartículas de PTFE. Esta reducción podría deberse a las diferencias en la forma y el tamaño de las partículas. El tamaño de grano del PTFE era mucho menor que el del FA. Esto condujo a una deposición aleatoria entre los dos tipos de micropartículas de diferentes tamaños. Sin embargo, la superficie también era superhidrófoba. Reemplazar PTFE con 10 % de FA en el recubrimiento cambió la superficie de superhidrófoba a hidrofóbica cuando se utilizó un método de recubrimiento por pulverización3. En particular, el método de recubrimiento por inmersión utilizado en este estudio dio buenos resultados en comparación con el método de recubrimiento por pulverización3. Esto se debió en parte a la buena dispersión de las micropartículas durante el proceso de sonicación. Sin embargo, para aplicaciones industriales se recomienda la adición de agentes dispersantes, como poliacrilato de sodio, hexametafosfato de sodio y silicato de sodio a la mezcla.

Se realizó la prueba de agua rodante sobre la superficie recubierta para medir el ángulo de deslizamiento. Estos resultados se muestran en la Tabla 3. Para el control, el recubrimiento de PDMS proporcionó una superficie hidrófoba; sin embargo, el ángulo de deslizamiento era superior a 90° y la gota de agua no rodó sobre esta superficie. Este resultado probablemente se debió a que la superficie carecía de una rugosidad adecuada. Cuando se utilizaron micropartículas de CS, el ángulo de deslizamiento aún era alto, con un valor de 42,1°. Probablemente esto fue el resultado de la mala dispersión y aglomeración de partículas en el recubrimiento de PDMS. Cuando se incorporó FA con micropartículas de CS, el ángulo de deslizamiento disminuyó a 15,8 °, lo que implica un aumento en la rugosidad de la superficie. Se obtuvo una superficie autolimpiante cuando se utilizaron micropartículas de PTFE y PTFE/FA. Los ángulos de deslizamiento de las superficies recubiertas de PTFE y PTFE/FA fueron similares, es decir, 8,9° y 8,7°, respectivamente. Así, los recubrimientos que incorporan PTFE y PTFE/FA fueron identificados como superficies superhidrófobas y autolimpiantes (≤ 10°), que muestran el “efecto loto”7.

Las micrografías SEM de las superficies recubiertas se muestran en la Fig. 3. Se observó aglomeración en la muestra recubierta con CS (Fig. 3a), que se debió a la baja dispersión de las partículas de CS en la base recubierta con PDMS, mientras que las partículas de PTFE estaban bien dispersos (Fig. 3c). Una fuerte fuerza de atracción interfacial también conduce a la aglomeración de partículas37. Cuando se mezcló FA con CS, se observó una superficie uniforme con muchas partículas de FA (Fig. 3b). Para la muestra de PTFE-F, una buena mezcla dio como resultado una superficie uniforme que contenía solo unas pocas partículas pequeñas de FA (Fig. 3d). La rugosidad de las superficies recubiertas se evaluó cualitativamente utilizando el color en escala de grises de las muestras. La rugosidad juega un papel importante en las propiedades humectantes de las superficies. Un aumento en la rugosidad de la superficie da como resultado un ángulo de contacto mayor8. Las imágenes 3D y los perfiles de superficie de SEM (Fig. 3) se muestran en la Fig. 4.

Micrografías SEM de las superficies recubiertas: (a) CS, (b) CS-F, (c) PTFE y (d) PTFE-F.

Imágenes 3D y perfiles de superficie de las superficies recubiertas: (a) CS, (b) CS-F, (c) PTFE y (d) PTFE-F.

La Figura 4a muestra picos estrechos bajos y altos en la muestra de CS con bases de 5 a 10 µm de ancho. En la muestra de CS-F, la base del pico era más ancha, de 10 a 20 µm, como se muestra en la Fig. 4b, lo que indica que las partículas de cenizas volantes estaban cubiertas por las partículas de CS, lo que resultó en picos más amplios. La misma tendencia se observó en la muestra de PTFE-F. La rugosidad uniforme de la superficie recubierta de PTFE se muestra en la Fig. 4c, lo que concuerda con investigaciones anteriores3. Este efecto se debió al pequeño tamaño de partícula del PTFE y su buena dispersión en el recubrimiento base de PDMS. Además, las alturas de los picos fueron aproximadamente las mismas que aquellas con la adición de FA (Fig. 4d). Los valores de Ra se calcularon con el programa ImageJ. Los valores de Ra de las muestras de CS, CS-F, PTFE y PTFE-F fueron 43,4, 50,2, 49,9 y 55,6 μm, respectivamente. En comparación con las partículas de CS o PTFE solas, la incorporación de cenizas volantes con CS o PTFE condujo a un ligero aumento en el valor Ra.

En el caso de PTFE con FA, el ángulo de contacto y el ángulo de deslizamiento de esta superficie no cambiaron mucho y aún indicaban una superficie superhidrófoba y autolimpiante. Generalmente se requiere el uso de dos tamaños de partículas para obtener una superficie superhidrófoba similar a la de un loto38. Sin embargo, se recomendó dosificar con un 10 % en peso del material repelente al agua porque las partículas grandes de FA dificultaban la formación de estructuras multiescala en forma de loto3 y daban como resultado un ángulo de deslizamiento superior a 10°. Una superficie con un ángulo de contacto alto no siempre conduce a un ángulo de deslizamiento bajo, ya que la rugosidad de la superficie afecta el ángulo de deslizamiento. Se prefirió una estructura en forma de aguja con un paso de menos de 1 µm para proporcionar un ángulo de deslizamiento bajo6. Por lo tanto, la incorporación de nanopartículas con micropartículas fue crítica para lograr un ángulo de deslizamiento bajo en los geopolímeros recubiertos.

Las pruebas de adhesión del revestimiento se realizaron según ASTM D3359-1730. La adhesión se calificó mediante la inspección del área de la rejilla después de retirar la cinta, como se muestra en la Tabla 4. El recubrimiento con PDMS (el control) dio una tasa de 4B con el 4% del área eliminada, mientras que la adición de partículas repelentes al agua en el PDMS dio como resultado tasas de adhesión más bajas de 3B y 2B con un alto porcentaje del área eliminada, particularmente con el recubrimiento de 2 micropartículas. Este resultado podría deberse a la mezcla heterogénea de la solución recubierta y la separación de las micropartículas aglomeradas mediante la cuchilla. Por tanto, una buena dispersión de micropartículas y una baja dilución de PDMS son beneficiosas para obtener una buena adhesión.

El proceso de autolimpieza se produce cuando las gotas de agua caen de la superficie y recogen el polvo a lo largo del camino. El proceso de autolimpieza de las superficies recubiertas se muestra en la Fig. 5 y el Video S1. Cuando la superficie del mortero de geopolímero se recubrió parcialmente y se sumergió en agua, se observó una zona húmeda en la superficie no recubierta, como se muestra en la Fig. 5a. Generalmente, la superficie del hormigón de geopolímero o cemento es hidrófila, lo que permite que el agua penetre fácilmente y provoque el deterioro de la estructura del hormigón; Además, si hay barras de refuerzo presentes, puede producirse corrosión. Cuando la superficie se recubrió con un revestimiento a base de PTFE/FA, la propiedad hidrófoba de la superficie mejoró. Cuando una gota de agua rodó sobre la superficie recubierta cubierta de polvo, la gota de agua recogió el polvo, como lo demuestra la trayectoria más clara de la gota (Fig. 5b).

Proceso de autolimpieza y capacidad de impermeabilización de la superficie recubierta de PTFE-F: (a) zonas recubiertas y no recubiertas, (b) limpieza de polvo y (c) gota de agua sobre una superficie recubierta en t = 0, 60 y 90 min.

La capacidad de impermeabilización de la superficie recubierta se probó investigando la forma de la gota de agua a los 0, 60 y 90 minutos en una atmósfera con una humedad relativa del 100%. Como se muestra en la Fig. 5c, la forma redonda de la gota de agua se mantuvo después del período de prueba de 90 minutos. Además, en los datos complementarios se proporciona un videoclip del agua que se rocía sobre la superficie recubierta (Video S2).

El mecanismo de autolimpieza en una superficie rugosa se produce porque las gotas de agua se mueven o ruedan a lo largo de la superficie recubierta y el polvo existente se acumula en las gotas de agua. La autolimpieza de partículas de suciedad es posible cuando la rugosidad de la superficie minimiza tanto la adhesión de la gota a la superficie como la adhesión entre las partículas de suciedad y la superficie; por lo tanto, las partículas de suciedad son fácilmente recogidas por las gotas rodantes, lo que se conoce como “efecto loto”7,39.

Por lo tanto, los recubrimientos descritos que incorporan micropartículas de PTFE o PTFE/FA proporcionan a la superficie del geopolímero propiedades de autolimpieza e impermeabilización. Además, estos recubrimientos pueden reducir la acumulación de polvo e impedir la penetración de agua, prolongando la vida útil de estos materiales de construcción. Generalmente, se requiere hidrofobicidad para materiales de construcción en condiciones severas, como estructuras de concreto expuestas a ambientes marinos40 y concreto en ambientes ácidos41. La superficie hidrofóbica protege la corrosión del acero de la penetración de iones cloruro y la disolución del calcio del hormigón en condiciones ácidas.

La solución de recubrimiento podría aplicarse a edificios mediante métodos de pintura. En este caso, para producción a gran escala, se recomienda un agente dispersante y una mezcla uniforme. Se han recomendado agentes de dispersión, como poliacrilato de sodio, hexametafosfato de sodio y silicato de sodio, para aplicaciones industriales para mejorar la dispersión de micropartículas36. Debido al uso de un solvente para diluir el PDMS, se requiere cuidado y protección durante el proceso de recubrimiento.

Se fabricaron superficies superhidrófobas autolimpiantes sobre superficies de geopolímero utilizando un recubrimiento por inmersión para lograr un recubrimiento compuesto de PDMS que contiene micropartículas dispersas de PTFE o CS mezcladas con FA. La incorporación de FA con micropartículas de CS o PTFE fue esencial para obtener superficies superhidrófobas debido al aumento de la rugosidad de la superficie, lo que condujo a un mayor ángulo de contacto con el agua de 140 ° –159 °. Sin embargo, los ángulos de deslizamiento de los dos sistemas eran divergentes. La incorporación de CS dio como resultado el efecto de pétalo de rosa con un alto ángulo de deslizamiento superior a 90°. La incorporación de FA con las micropartículas de PTFE dio como resultado un ángulo de deslizamiento de 8,7°, proporcionando las propiedades de autolimpieza descritas como el "efecto loto". La superficie recubierta también era impermeable, ya que la gota de agua mantuvo su forma redonda después del período de prueba de 90 minutos. Por lo tanto, el geopolímero recubierto con el compuesto PDMS que contiene micropartículas de PTFE/FA podría reducir la acumulación de polvo y evitar la penetración de agua, lo que daría lugar a una superficie limpia que prolongaría la vida útil de estos materiales de construcción.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el presente estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Los autores desean agradecer al Centro de Excelencia en Salud Ambiental y Toxicología (EHT), OPS y al Ministerio de Educación Superior, Ciencia, Investigación e Innovación de Tailandia por su excelente apoyo técnico. El primer autor desea agradecer el "apoyo de la investigación y los estudios de posgrado" de la Universidad de Khon Kaen.

Departamento de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería, Centro de Investigación y Desarrollo de Infraestructura Sostenible, Universidad de Khon Kaen, Khon Kaen, 40002, Tailandia

Prinya Chindaprasirt

Academia de Ciencias, Real Sociedad de Tailandia, Dusit, Bangkok, 10300, Tailandia

Prinya Chindaprasirt

Departamento de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería, Centro de Excelencia en Gestión de Desastres Naturales, Universidad de Chiang Mai, Chiang Mai, 50200, Tailandia

Peerapong Jitsangiam

Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Burapha, Chonburi, 20131, Tailandia

Pumipat K. Pachana y Ubolluk Rattanasak

Centro de Excelencia en Salud Ambiental y Toxicología (EHT), OPS, MHESI, Bangkok, 10400, Tailandia

Pumipat K. Pachana y Ubolluk Rattanasak

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PC supervisó, revisó y editó el manuscrito. PJ y PKP revisaron y editaron el manuscrito. UR escribió el texto principal del manuscrito y preparó todas las figuras. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Ubolluk Rattanasak.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Chindaprasirt, P., Jitsangiam, P., Pachana, PK et al. Geopolímero de cenizas volantes superhidrófobo autolimpiante. Representante científico 13, 44 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-022-27061-6

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Recibido: 13 de mayo de 2022

Aceptado: 23 de diciembre de 2022

Publicado: 02 de enero de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-27061-6

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