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Dec 05, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 44 (2023) Citer cet article

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Les matériaux de construction dotés de surfaces hydrophobes peuvent présenter une durée de vie accrue en empêchant l'absorption ou la diffusion de l'humidité à travers leurs surfaces. Pour le béton utilisé dans la construction, cette hydrophobicité peut empêcher la corrosion des barres d'armature en acier. Les géopolymères sont un nouveau matériau liant sans ciment qui a été largement étudié pour remplacer le ciment Portland. Cependant, comme le béton normal, les géopolymères sont sensibles à l’absorption d’humidité. Cet article présente la fabrication d'une surface superhydrophobe et autonettoyante sur un géopolymère de cendres volantes comme méthode pour empêcher l'absorption d'humidité. Un revêtement composite de solution de polydiméthylsiloxane (PDMS) contenant des microparticules dispersées de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou de stéarate de calcium (CS) a été appliqué par revêtement par immersion pour former la surface hydrophobe. De plus, des cendres volantes ont été incorporées aux microparticules de PTFE et de CS pour augmenter la rugosité de la surface et réduire le coût des matériaux. Les résultats expérimentaux ont montré que le revêtement contenant des microparticules de CS produisait une surface hydrophobe avec un angle de contact de 140°, tandis que ceux contenant des microparticules de PTFE fournissaient une surface superhydrophobe avec un angle de contact de 159°. L'incorporation de cendres volantes a entraîné une rugosité de surface accrue, conduisant à un angle de contact plus grand et à un angle de glissement plus petit. Un angle de contact de 153° avec un angle de glissement de 8,7° a été observé sur la surface recouverte de PTFE/cendres volantes. Le processus de nettoyage a été démontré par un test dans lequel la poussière était éliminée par des gouttelettes d'eau roulant sur la surface. Le revêtement testé présentait des propriétés autonettoyantes et imperméabilisantes et pourrait ainsi améliorer la durabilité des matériaux dans la construction de bâtiments.

L’hydrophilie de surface ou mouillabilité des matériaux de construction est l’un des paramètres les plus influents affectant leur durée de vie. L'humidité peut être absorbée par la matrice du béton, entraînant des fissures, une croissance d'algues et de champignons1 et une corrosion des barres d'armature en acier2. De plus, la poussière peut se déposer sur les matériaux de construction, nécessitant un nettoyage et entraînant des coûts d'entretien supplémentaires. Par conséquent, le développement de surfaces superhydrophobes et autonettoyantes pour les matériaux de construction est important pour protéger la matrice de l’infiltration d’eau et permettre un dépoussiérage facile par glissement de l’eau3. Les surfaces superhydrophobes ont une faible force d’adhésion et une faible énergie de surface, réduisant ainsi l’accumulation de particules de poussière et facilitant le nettoyage des surfaces en cas de pluie4. La superhydrophobicité offre également une protection antimicrobienne et anticorrosion au béton, prolongeant ainsi sa durée de vie.

Une surface superhydrophobe est définie comme une surface présentant des angles de contact statique avec l'eau supérieurs à 150°5. Un angle de glissement inférieur à 10° est également requis pour les propriétés autonettoyantes, ainsi qu'un angle de contact élevé6. Un faible angle de glissement est appelé « effet lotus » en raison du comportement superhydrophobe et autonettoyant des feuilles de lotus7,8.

Dans les industries de la construction et du textile, un composé à base de silicium est souvent utilisé comme agent hydrofuge pour produire un revêtement hydrophobe9,10,11. La pulvérisation, le trempage et la peinture sont des techniques simples et rentables pour générer des surfaces superhydrophobes sur les matériaux de construction3,12,13,14. En raison de sa faible énergie de surface, le polydiméthylsiloxane (PDMS) est un composé important à base de silicium largement utilisé comme revêtement de base pour obtenir un caractère hydrophobe10,11. Cependant, l’utilisation uniquement de PDMS entraîne une mauvaise adhérence à la surface textile et ne confère pas de rugosité de surface ni de propriétés autonettoyantes ; ainsi, le matériau résultant a une durabilité limitée lors d'une exposition à des environnements défavorables. Généralement, la mouillabilité des surfaces solides est contrôlée par la composition chimique et les caractéristiques géométriques de la surface.