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- Rollo de tela gruesa
- Paño
- Baño
- material líquido
- Rodillos
- Horno
- Raspadores
- El exceso de líquido retrocede
- Queda una capa protectora sobre la tela.
El recubrimiento por inmersión es un proceso industrial que se utiliza, por ejemplo, para fabricar productos a granel como tejidos recubiertos y preservativos , así como recubrimientos especializados, por ejemplo, en el campo biomédico. El recubrimiento por inmersión también se utiliza comúnmente en la investigación académica, donde muchos proyectos de investigación en ingeniería química y de nanomateriales emplean esta técnica para crear recubrimientos de película delgada.
Los primeros productos recubiertos por inmersión podrían haber sido velas. Para sustratos laminares flexibles, como telas, el recubrimiento por inmersión puede realizarse mediante un proceso continuo rollo a rollo. Para recubrir un objeto 3D, basta con introducirlo y extraerlo del baño de recubrimiento. En la fabricación de preservativos, se sumerge un molde en el recubrimiento. Para algunos productos, como los primeros métodos de fabricación de velas, el proceso se repite muchas veces, permitiendo que una serie de películas delgadas se consoliden hasta formar un objeto final relativamente grueso.
El producto final puede incorporar el sustrato y el recubrimiento, o bien el recubrimiento puede despegarse para formar un objeto que consiste únicamente en el recubrimiento seco o solidificado, como en el caso de un preservativo.
Como alternativa popular al recubrimiento por centrifugación , los métodos de recubrimiento por inmersión se emplean con frecuencia para producir películas delgadas a partir de precursores sol-gel con fines de investigación, donde generalmente se utilizan para aplicar películas sobre sustratos planos o cilíndricos . [ 1 ]
Proceso
El proceso de recubrimiento por inmersión se puede dividir en cinco etapas: [ 2 ]
- Inmersión: El sustrato se sumerge en la solución del material de recubrimiento a una velocidad constante (preferiblemente sin vibraciones).
- Puesta en marcha: El sustrato ha permanecido dentro de la solución durante un tiempo y está empezando a ser extraído.
- Deposición: La fina capa se deposita sobre el sustrato mientras se retira. La extracción se realiza a velocidad constante para evitar vibraciones. La velocidad determina el espesor del recubrimiento (una extracción más rápida produce un recubrimiento más grueso). [ 3 ]
- Drenaje: El exceso de líquido se drenará de la superficie.
- Evaporación: El disolvente se evapora del líquido, formando una fina capa. En el caso de disolventes volátiles , como los alcoholes , la evaporación comienza ya durante las etapas de deposición y drenaje.
En el proceso continuo, los pasos se realizan uno tras otro de forma consecutiva.
Numerosos factores influyen en el resultado final del recubrimiento por inmersión de una película delgada. Mediante el control de diversos factores, se puede obtener una amplia variedad de estructuras y espesores de película mediante recubrimiento por inmersión, con resultados repetibles: funcionalidad de la superficie inicial del sustrato, tiempo de inmersión, velocidad de extracción, número de ciclos de inmersión, composición, concentración y temperatura de la solución, número de soluciones en cada ciclo de inmersión y humedad ambiental. La técnica de recubrimiento por inmersión permite obtener películas uniformes y de alta calidad, incluso en superficies voluminosas y de formas complejas.
Aplicaciones en la investigación
La técnica de recubrimiento por inmersión se utiliza para fabricar películas delgadas mediante autoensamblaje y con la técnica sol-gel. El autoensamblaje permite obtener películas con un espesor de una sola capa. La técnica sol-gel crea películas de mayor espesor, controlado con precisión, que dependen principalmente de la velocidad de deposición y la viscosidad de la solución. Como campo emergente, las nanopartículas se utilizan frecuentemente como material de recubrimiento. Las aplicaciones del recubrimiento por inmersión incluyen:
- Recubrimientos multicapa para sensores
- funcionalista de implantes
- hidrogeles
- Recubrimientos de nanopartículas mediante sol-gel
- monocapas autoensambladas
- Ensamblajes de nanopartículas capa por capa.
Recubrimientos de nanopartículas
El recubrimiento por inmersión se ha utilizado, por ejemplo, en la fabricación de nanopartículas biocerámicas, biosensores, implantes y recubrimientos híbridos. Por ejemplo, se ha empleado para establecer un método de recubrimiento no térmico, sencillo y rápido, para inmovilizar nanopartículas de hidroxiapatita y TiO₂ sobre polimetilmetacrilato. [ 4 ]
En otro estudio, se depositaron nanocristales de celulosa porosa y películas nanocompuestas de poli( alcohol vinílico ) CNC/PVA con un espesor de 25 a 70 nm sobre sustratos de vidrio mediante recubrimiento por inmersión. [ 5 ]
Técnica sol-gel
El recubrimiento por inmersión de soles inorgánicos (o síntesis sol-gel ) es un método para crear recubrimientos delgados inorgánicos o poliméricos. En la síntesis sol-gel, la velocidad de deposición es un parámetro importante que afecta, por ejemplo, al espesor, la densidad y la porosidad de la capa.
La técnica sol-gel es un método de deposición ampliamente utilizado en la ciencia de los materiales para crear recubrimientos protectores, ópticos, cerámicos y superficies similares. Esta técnica comienza con la hidrólisis de un precursor líquido (sol), que experimenta policondensación para obtener gradualmente un gel. Este gel es un sistema bifásico que contiene una fase líquida (disolvente) y una fase sólida (red integrada, típicamente polimérica). La proporción de líquido se reduce progresivamente. El líquido restante se puede eliminar mediante secado y, posteriormente, se puede combinar con un tratamiento térmico para ajustar las propiedades del sólido.
Véase también
Referencias
- ↑Scriven, L.E. (1988). "Physics and applications of dip coating and spin coating". Better ceramics through chemistry III. pp. 717–729.
- ↑Rahaman, M.N. (2007). Ceramic Processing. Boca Raton: CRC Press. pp. 242–244. ISBN 978-0-8493-7285-8.
- ↑Quéré, David (1999). "FLUID COATING ON A FIBER". Annual Review of Fluid Mechanics. 31 (1): 347–384. doi:10.1146/annurev.fluid.31.1.347. ISSN 0066-4189.
- ↑Riau, Andri K.; Mondal, Debasish; Setiawan, Melina; Palaniappan, Alagappan; Yam, Gary H. F.; Liedberg, Bo; Venkatraman, Subbu S.; Mehta, Jodhbir S. (28 December 2016). "Functionalization of the Polymeric Surface with Bioceramic Nanoparticles via a Novel, Nonthermal Dip Coating Method". ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (51): 35565–35577. doi:10.1021/acsami.6b12371. hdl:10356/80680. ISSN 1944-8244.
- ↑Schyrr, Bastien; Pasche, Stéphanie; Voirin, Guy; Weder, Christoph; Simon, Yoan C.; Foster, E. Johan (13 August 2014). "Biosensors Cellulose Nanocrystal–Poly(vinyl Alcohol) Scaffolds". ACS Applied Materials & Interfaces. 6 (15): 12674–12683. doi:10.1021/am502670u. ISSN 1944-8244.
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