Efectos de la superhidrofobicidad en la resistencia a la erosión en recubrimientos antifouling usando nanorefuerzos minerales vía sol-gel

Resumen

El desgaste erosivo generado por corrientes de flujo de líquidos con contenidos de partículas abrasivas, denominados “lodos”, típicamente corrientes de agua con arenas, es un problema tecnológico que afecta el desempeño de superficies funcionales, especialmente las superhidrofóbicas (SHF), al punto de imposibilitar su uso en aplicaciones fuertemente demandadas. En la década del 2000, las superficies SHF mostraron un gran auge y desde entonces su dominio fue creciente. Sin embargo la propiedad SHF es muy sensible a la integridad de la micro y nanoestructura superficial y cuando se altera, la SHF y sus propiedades asociadas (autolimpieza, deslizamiento, antifouling, etc.) disminuyen radicalmente. En las últimas décadas los esfuerzos se concentraron en lograr superficies SHF robustas para extender su aplicación a aquellas áreas tecnológicas de gran impacto donde las condiciones de servicio resultan prohibitivamente agresivas (Verho et.al., 2011). Ejemplos de tales aplicaciones incluyen: industria aeronáutica, aeroespacial, energía, construcción, naval, entre otras. En los casos naval y energético (puntualmente transporte de gas y petróleo), es típico que un material requiera propiedades antiincrustantes (antifouling) y autolimpiantes y sea simultáneamente sometido a flujos de lodos erosivos (Gallardo et. al., 2023). En especial las parafinas y ceras en estas corrientes cristalizan y tapan las cañerías (fouling). En este trabajo se prepararon recubrimientos a base de resinas epoxi y refuerzos minerales de nanoarcillas con estructura tridimensional (tubos huecos de Halloysita) y unidimensional (fibras de Sepiolita). Se emplearon como modificadores funcionales dos silanos: uno con cadena fluorada (sF), otro análogo con cadena hidrocarbonada (sH) y se integraron químicamente mediante la técnica sol-gel. Se exploraron distintas rutas de obtención: resina como primer o integrada en la mezcla, curado en mezcla masiva o mediante la técnica aerográfica, seguido de un postcurado. Se estudiaron las propiedades superficiales focalizando la mojabilidad, capacidad antifouling, autolimpiante de parafinas de campo cristalizables y resistencia a la erosión. Estas últimas se estudiaron en equipos desarrollados en nuestros laboratorios. Además de resultar exitoso el desarrollo de superficies SHF  y antifouling/autolimpiante mediante las técnicas exploradas, se encontró una clara correspondencia entre el grado de mojabilidad y la resistencia a la erosión. Se propuso un mecanismo de resistencia erosiva basada en la condición de deslizamiento en la interfaz líquido-sólido y los patrones hidrodinámicos a los que puede dar lugar.