¿Qué es un material hidrófobo?

Los materiales que presentan propiedades hidrófobas se han hecho muy atractivos debido a las posibilidades que ofrecen y a la llegada que están teniendo a los mercados de la mano de todo tipo de productos. Si no conocéis los fundamentos de esta propiedad de los materiales, te la explicamos ahora.

La hidrofobicidad es la capacidad que tiene un material de repeler el agua de su superficie, mientras que la hidrofilicidad es la propiedad de atraer el agua. Esta propiedad normalmente se mide echando una gota de agua de un volumen determinado sobre la superficie que queremos medir, y observando el ángulo que forma la gota con la superficie. Si la gota presenta un ángulo mayor de 90º, se parecerá a una gota esférica, teniendo un comportamiento hidrófobo. Si por el contrario la gota tiene un ángulo de contacto menor de 90º, será una gota muy plana y se esparcirá por la superficie, presentando un comportamiento hidrófilo.

Por ejemplo, si echamos una gota de agua en una chapa de acero, la gota se extenderá por la superficie y se quedará muy plana, ya que el ángulo de contacto del acero es muy bajo y es altamente hidrófilo. Si, por el contrario, echamos una gota de agua sobre teflón, esta tendrá la forma de una esfera y se moverá con facilidad por la superficie sin mojarla, teniendo un ángulo de contacto muy alto y siendo por lo tanto altamente hidrófobo.

Esta, como hemos dicho, es una propiedad de los materiales, pero atentos, porque hay métodos con los que se puede modificar, pudiendo obtener un acero que repela el agua como pasa en vuestras sartenes de teflón. Para conseguir modificar esta propiedad, se pueden usar dos tipos distintos de técnicas: modificar los mecanismos químicos que intervienen, o modificar los mecanismos físicos.

La primera opción ha sido ampliamente extendida durante muchos años y consiste en cambiar la química del material. El fundamento de esta técnica consiste en variar las fuerzas de unión que existen entre el agua y los distintos materiales. Si un material presenta una afinidad y unas fuerzas de unión muy fuertes entre el agua y su superficie, entonces la gota estará altamente adherida y será muy hidrófila. Para entenderlo mejor, sería como si la superficie del material y el agua fueran dos imanes que se atraen, y por lo tanto, se quedan muy juntos. Si por el contrario, las fuerzas de unión son muy débiles, entonces el agua tendrá una forma esférica y rodará por la superficie del material sin mojarlo. En este caso, sería como si el agua estuviera en el espacio, sin ninguna fuerza que haga que tenga contacto con la superficie.

Una vez entendido el mecanismo de unión química entre el agua y la superficie de los materiales, la forma de modificarla es aplicando un coating al material en cuestión. Si aportamos una fina capa de unos nanómetros de coating al material, recubriéndolo de otro material que tenga unas fuerzas de atracción con el agua bajas, podemos volver un material hidrófilo en hidrófobo y viceversa. De esta forma, podemos modificar el ángulo de contacto de cualquier material para que se comporte de la forma que queramos con el agua.

Este recubrimiento se puede aplicar en forma de dip-coating por inmersión, a través de esprayado ó a través de aditivos en el caso de los polímeros. Dependerá del tipo y geometría de la pieza que convenga utilizar una u otra tecnología. [más información]

La segunda opción, más novedosa y que se está empezando a introducir en la industria, consiste en cambiar la interacción entre el agua y el material de forma física. Si en el caso de la modificación química se actuaba sobre las fuerzas de unión entre el agua y la superficie del material, en la modificación física se actúa sobre la tensión superficial existente entre un material sólido y un líquido. Estas fuerzas de tensión superficial son las que hacen que cuando jugamos a hacer pompas de jabón con un aro, se quede la capa de agua con jabón dentro del aro y luego podamos soplar para hacer la burbuja. En teoría, por el peso del agua con jabón, debería ser imposible, pero está presente la tensión superficial para hacer que el agua no caiga. A su vez, es también la tensión superficial la que hace que algunos mosquitos puedan andar por encima del agua sin hundirse, ya que genera una fuerza hacia arriba que es mayor que la de su peso.

Como hemos visto, hay ciertos materiales y animales que debido a la tensión superficial existente entre el agua y ellos pueden generar hidrofobicidad. Para poder modificar entonces esta tensión superficial, solo tenemos que modificar la superficie de contacto entre el material y el agua, creando picos o líneas en el material, de tamaño micrométrico o nanométrico, entre los cuales el agua se queda flotando en el aire. El fundamento es similar a una cama de un faquir. Si se tumbaran sobre una tabla con un solo clavo, se lo clavarían, pero como se tumban sobre muchos, el peso queda repartido entre muchos puntos y se mantienen en el aire. Al agua le pasa lo mismo y se queda en el aire, con una interacción muy débil entre los pinchos de la superficie y el agua, dando forma esférica a las gotas de agua y propiciando que puedan rodar por la superficie sin mojarla.

En este caso las tecnologías que nos servirán es In mould microstructuration para el caso de polímeros, láser para todo tipo de materiales y Roll-to-roll para polímeros y algunos metales. [Más información]

Ya sea mediante el cambio de las propiedades químicas o el cambio de las propiedades físicas de los materiales, la hidrofobicidad y la hidrofilicidad son ahora alcanzables para cualquier material, por lo que si quieres modificar las propiedades del tuyo, ¡contacta con nosotros y te ayudaremos!