Ângulo de Contato

O ângulo de contato (AC) é considerado o ensaio universal de caracterização de molhabilidade de superfícies. A medição do ângulo de contato foi realizada em duas das três espécies pesquisadas, devido a dificuldade de cultivo das primeiras folhas de lótus que foram infestadas por pragas.

O ensaio objetivou medir o nível de hidrofobicidade de cada superfície biológica, respeitando os parâmetros citados anteriormente, ou seja, para ângulos menores que 90º a superfície é considerada hidrofílica, entre 90º e 140º hidrofóbicas e entre 150º e 180º super-hidrofóbica. Para realização dos ensaios criou-se o dispositivo descrito no item 3.4.1, com os seguintes objetivos: (i) obter imagens com o máximo de contraste e definição, afim de obter precisão na identificação da linha de interface líquido/sólido, fundamental para a identificação do ângulo;

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(ii) realizar ensaios a diferentes temperaturas, sob a hipótese de que o molhamento da planta é influenciado pela temperatura do substrato.

Para calibração do dispositivo foram feitas várias medições até chegar no ponto ótimo de altura da lente e contraste da imagem. Foram realizadas medições com gotas de 7µl sobre a cera de carnaúba, para verificar se a medição obtida pelo dispositivo é similar a encontrada na literatura. Na Figura 4.10, foi observado que o AC da cera de carnaúba é de aproximadamente 100º, correspondente ao valor encontrado na literatura (SHIN-ETSU, 2012).

Figura 5.10: Medição do ângulo de contato na superfície de cera de carnaúba.

Os resultados das medições para as espécies Salvinia molesta e Colocasia esculenta podem ser observados na Tabela 4.1 e 4.2, respetivamente. Foram preparadas e medidas doze amostras à temperatura ambiente; sete amostras também foram medidas a 10ºC e cinco amostras também foram medidas a 35ºC. Ainda foram realizadas medições dos lados esquerdo e direto da gota, com o objetivo de obter um número suficiente de repetições para o tratamento estatístico.

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Tabela 4.1: Valores do ângulo de contato AC a diferentes temperaturas da espécie Salvinia molesta.

Amostra Temperatura ambiente 10° 35° lado esquerdo lado direito lado esquerdo lado direito lado esquerdo lado direito salvinia_01 128 122 129 124 salvinia_02 134 135 137 135 salvinia_03 133 120 127 124 salvinia_04 122 123 126 126 salvinia_05 134 141 142 144 salvinia_06 137 135 143 141 salvinia_07 120 124 125 123 salvinia_08 134 125 129 121 salvinia_09 139 139 135 138 salvinia_10 132 135 133 128 salvinia_11 129 128 128 133 salvinia_12 134 134 131 135

Tabela 4.2: Valores do ângulo de contato AC a diferentes temperaturas da espécie Colocasia

esculenta. Amostra Temperatura ambiente 10° 35° lado esquerdo lado direito lado esquerdo lado direito lado esquerdo lado direito colocasia_01 143 145 129 117 colocasia_02 135 134 130 128 colocasia_03 131 131 135 125 colocasia_04 132 139 136 126 colocasia_05 136 133 120 114 colocasia_06 143 139 137 123 colocasia_07 149 144 144 134 colocasia_08 142 140 146 148 colocasia_09 141 134 146 141 colocasia_10 144 144 151 140 colocasia_11 141 140 146 145 colocasia_12 154 150 150 152

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Cabe ressaltar que os ensaios não foram realizados para cada amostra nas três temperaturas indicadas - ambiente, 10ºC e 35ºC, devido à limitação do dispositivo de controle de temperatura (placa de Peltier), pois enquanto um lado da placa esquenta o outro resfria. Assim optou-se por fotografar sete das doze amostras com a mesma gota de água à temperatura ambiente e à 10ºC, e cinco das doze amostras com a mesma gota à temperatura ambiente e à 35ºC (Figura 4.11).

Figura 5.11: Ensaios de ângulo de contato nas duas espécies. Salvinia molesta a temperatura ambiente

(a) e a 10ºC(b). Espécie Colocasia esculenta a temperatura ambiente (c) e a 10ºC (d).

O tratamento estatístico, realizado no software Statistica®, a partir do método t Student, nos permite concluir que os ângulos de contato das espécies Salvinia molesta e Colocasia

esculenta não variam com a diferença de temperatura. Ainda que exista uma alteração na

viscosidade da gota de água, sua tensão superficial é tão forte que preserva a forma da gota mesmo sob efeito de temperatura. Além disso, os lipídios (cera) da planta funcionam como isolante térmico, impedindo a transferência de temperatura da placa diretamente para a gota de água.

0 _3mm 0 3mm

0 _3mm

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Os valores do AC das espécies Salvinia molesta e Colocasia esculenta estão representados na Figura 4.12. Os valores de ângulos de outros materiais foram colocados para efeito de comparação.

Figura 5.12: Medidas do ângulo de contato das espécies Salvínia molesta e Colocasia esculenta em

comparação com outros revestimentos. Fonte: DE GENNES, et al., 2004.

As duas superfícies estudadas apresentam características hidrofóbicas, apresentando ângulos maiores que 90º. Mesmo com princípios similares de molhabilidade nas superfícies, observamos que a espécie Colocasia esculenta apresenta um ângulo maior que a espécie

Salvinia molesta. Isto acontece por uma diferença de escala, enquanto a rugosidade da

microestrutura da espécie Salvinia molesta é na ordem de milímetros, na Colocasia esculenta a estrutura apresenta tamanhos micrométricos. Ambas explicadas a partir do modelo proposto por Cassie-Baxter, (item 1.5), onde a gota de água se apoia nos topos das estruturas em 3D, diminuindo a área de superfície (BARTHLOTT, et al. 1997).

Os resultados demostram que a escala da microestrutura é fundamental para o tamanho do AC, escalas menores possuem menor área de contato entre a gota e o substrato e por

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consequência maior ângulo. Podemos concluir então que superfícies com rugosidade em menor escala são mais eficientes, quando avaliamos níveis de hidrofobicidade.

Os ângulos encontrados a partir do dispositivo criado para este trabalho se aproximam de valores encontrados na literatura (BARTHLOTT, et al. 1997), porém o método de medição de ângulo de contato para superfícies superhidrofóbicas é amplamente discutido devido à dificuldade de estabilização da gota de água sobre a superfície. Após a realização dos ensaios de AC percebe-se a necessidade de desenvolver um método mais preciso que não dependa exclusivamente da habilidade de colocar uma gota sobre a superfície. Foi então testado um método analítico a partir do método E.L.I.S.A. apresentado a seguir no item 4.2.2.

Mesmo que o resultado do ensaio realizado demostra que não existe variação do AC por efeito da temperatura, o conhecimento gerado neste experimento é de grande interesse para a caracterização de superfícies, já que a hidrofobicidade e a hidrofilicidade de materiais sintéticos estão relacionados diretamente com a temperatura do sistema, o que possibilita inúmeras aplicações práticas.