Desenvolvimento de superfícies autolimpantes superhidrofílicas e fotocatalíticas obtidas pela deposição de filmes finos de TiO2 e TiO2 /SiO2 pelo método sol-gel
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Data
2015-04-22
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Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Resumo
As superfícies autolimpantes se destacaram nos últimos anos nas áreas de energia e meio ambiente. Estritamente, na área de energia solar, essas superfícies são utilizadas para evitar a acumulação de sujidades, que afetam a eficiência da célula solar devido ao espalhamento da radiação. Os filmes finos de TiO2 aparecem como o principal material utilizado nessas superfícies devido a sua atividade fotocatalítica (capacidade de decompor compostos orgânicos na presença de luz ultravioleta) e superhidrofilicidade foto-induzida (baixo ângulo de contato com a água). Entretanto, esse material apresenta algumas limitações como a redução da transmitância do vidro e o rápido reestabelecimento do ângulo de contato em ambientes escuros. Os filmes de TiO2/SiO2 podem apresentar um bom efeito fotocatalítico aliado à uma boa transmitância dependendo da sua composição e tratamento térmico. Além disso, estudos da literatura apontam que estes compósitos podem também apresentar efeito autolimpante prolongado na ausência de luz. Neste trabalho, filmes de TiO2 puro e de TiO2/SiO2 foram obtidos em substratos de vidro pelo método sol-gel dip-coating com diferentes proporções molares Si/Ti (Si86Ti14, Si40Ti60) e temperaturas de calcinação (400, 500, 600°C). Resultados da caracterização mostraram que os filmes TiO2/SiO2 obtidos apresentaram elevada transmitância e afetaram pouco a transmitância do vidro enquanto que os filmes de TiO2 puro afetaram a transmitância de forma mais significativa. O aumento da temperatura de calcinação diminuiu a transmitância dos filmes, mas melhorou a aderência dos mesmos. Todos os filmes apresentaram caráter superhidrofílico após 30 minutos de irradiação com luz ultravioleta e mantiveram a transmitância após 25000 ciclos no ensaio de abrasão por desgaste com esponja e detergente. Os filmes Si86Ti14 não apresentaram a fase anatásio em sua estrutura, enquanto os filmes Si40Ti60 apresentaram a fase anatásio de acordo com os resultados do Raman. Os filmes de TiO2 apresentaram a fase anatásio a partir de 400 ºC de acordo com os resultados do DRX e do Raman. De 400 ºC para 500 ºC, a atividade fotocatalítica aumentou substancialmente. Esse aumento de temperatura proporcionou uma melhora significativa nas propriedades mecânicas e na diminuição do ângulo de contato, mantendo uma transmitância similar. Os filmes de TiO2/SiO2 apresentaram uma atividade fotocatalítica considerável, mesmo sem apresentar a fase anatásio em sua estrutura. Os filmes tratados a 500ºC apresentaram uma maior transmitância que os filmes tratados a 600ºC e as demais propriedades foram similares. Os filmes de TiO2 apresentaram uma morfologia cristalina típica e com rugosidade menor que os filmes de TiO2/SiO2, que apresentaram uma morfologia parecida a de uma esponja, com largas e abundantes cavidades, o que indica uma importante porosidade superficial desse filme, de acordo com as imagens de MFA. No teste de exposição das superfícies ao tempo, as amostras DP5_B (TECNALIA) e Si86Ti14 500 (CEFET-MG) apresentaram melhor desempenho como superfície autolimpante, já que resultaram em menores perdas de transmitância tanto em períodos secos como em períodos chuvosos. As sujidades depositadas nesse teste foram caracterizadas e os resultados corroboraram bastante com o da literatura. Filmes de TiO2/SiO2 com elevada transmitância, autolimpantes, fotocatalíticos, aderentes e com boa resistência a abrasão foram obtidos por uma solução sol-gel estável.
Descrição
Palavras-chave
Processo Sol-Gel, Filmes finos, Dióxido de titânio, Materiais - Superfícies