Ângulo de Contato

As medições de ângulo de contato foram realizadas para investigar a influência da presença de surfactantes na molhabilidade das fibras. Para isso, foram avaliadas as mantas com fibras alinhadas (seção 4.3, figura 4.13), mantas com fibras aleatórias (seção 4.3, figura 4.12) e filmes obtidos por evaporação de solvente (casting).

Na Figura 4.30 estão apresentadas as imagens que mostram o comportamento da gota de água sobre as diferentes superfícies. As imagens mostram comportamentos distintos das gotas. A

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manta composta por fibras aleatórias (figura 4.30a), apresentou ângulo de contato com valor de 134, 95 ± 1,3o_{, enquanto que a manta com fibras alinhadas (figura 4.30b) e o filme (figura 4.30c)}

de PCL apresentaram ângulos de contato de 122,27 ± 0,87o _{e 68,3± 0,62}o_{, respectivamente.}

Figura 4-30. Teste do ângulo de contato nas mantas de PCL a) fibras aleatórias com 134,95 ± 1,30 b) fibras alinhadas com 122,27 ± 0,870 _{e c) filme com 68,3± 0,62}0_.

Estes resultados mostram claramente o efeito da porosidade nas diferentes estruturas superficiais formadas pelo PCL. A superfície porosa promove a hidrofobicidade devido à presença de ar na manta que minimiza a energia interfacial entre o material e a água, acarretando no aumento do ângulo de contato (YOHE et al., 2014). Obviamente, as fibras alinhadas diminuíram a presença da porosidade da manta com fibras alinhadas, e apresentaram um valor intermediário no ângulo de contato, quando comparado com o filme cast e a manta porosa. Yohe e colaboradores (2014) modificaram a superfície hidrofóbica das mantas porosas de PCL para caráter superhidrofóbico, dopando o PCL com poli (glicerol monostearato-co-ε-caprolactona) (PGC-C18) nas cadeias poliméricas do polímero. Os autores constataram que as porosidades presentes nas mantas diminuíram a energia interfacial entre as fibras e a água, resultando na diminuição na molhabilidade das mantas. Além disso, os autores afirmaram que o tamanho dos diâmetros das fibras também influencia na medida do ângulo de contato, em outras palavras, na molhabilidade. Fibras com diâmetros menores aumentam a fração de ar e diminuem a fração de preenchimento das fibras na manta, aumentando o ângulo de contato.

As próximas figuras apresentadas abaixo mostram claramente que os surfactantes foram capazes de aumentar a molhabilidade das mantas e dos filmes. Hu et al. (2015) relataram que as moléculas de surfactante podem migrar para a superfície das fibras durante a eletrofiação. Como

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mencionado na seção 2.3, os surfactantes têm a capacidade de modificar a superfície dos materiais (MYERS, 2005; ROSEN & KUNJAPPU, 2012; HU et al., 2015).

Na Figura 4.31a estão apresentados os resultados de ângulo de contato em função do tempo para as fibras alinhadas obtidas com velocidade de 22,6 (m/s) preparadas com o surfactante Triton X-100. Os resultados mostram que o surfactante afetou fortemente a molhabilidade das mantas, este efeito demonstra a presença dos grupos hidrofílicos do surfactante na superfície das fibras.

Ainda na Figura 4.31a, a concentração 0,1wt% de Triton X-100 atribuiu à manta carácter hidrofílico, indicado pela diminuição do ângulo de contato quando comparado com o ângulo de contato da manta de PCL sem surfactante. Nas demais concentrações de surfactante, observou-se a absorção imediata da gota de água durante as medições, mostrando o elevado aumento da hidrofilicidade da superfície das mantas, gerado pela ação do surfactante (ROSEN & KUNJAPPU, 2012). Nesses casos, foi possível constatar que, devido ao aumento da molhabilidade da superfície das fibras, o efeito hidrofóbico causado pela porosidade da manta observado na manta de PCL foi suprimido.

A Figura 4.31b mostra o resultado da molhabilidade das mantas após um processo de lavagem com água destilada (ver seção 3.2.8). As medições do ângulo de contato mostram que as mantas com concentrações de 0,1 e 0,5wt% ficaram hidrofóbicas após a lavagem. Enquanto que as concentrações 1,0 e 1,5wt% perderam a absorção imediata, apresentando uma redução do ângulo de contato em função do tempo. Este fato pode estar relacionado simplesmente pela remoção de moléculas de surfactante da superfície devido à lavagem, pois as moléculas estão adsorvidas na superfície e não ligadas quimicamente (RUSSEL, 1994; ROSEN & KUNJAPPU, 2012). A estrutura química do surfactante Triton X-100 pode ser observada na seção 2.3.

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(a) (b) Figura 4-31. Ângulo de contato em função do tempo de permanência sobre a manta com fibras

de PCL e Triton X-100 (a) e (b) após a lavagem com água destilada.

Com o mesmo surfactante (Triton X-100) foram observados resultados similares nas mantas de fibras aleatórias. Concentrações de 0,5wt%, 1,0wt% e 1,5wt% resultaram na absorção imediata da gota de água sobre as mantas. Os resultados podem ser comparados entre as Figuras 4.31a e 4.32a. Além disso, concentração de 0,1wt% apresentou absorção mais demorada da água sobre a manta porosa quando comparada com a mesma concentração da Figura 4.31a, entretanto, as fibras com concentração 0,1wt% da Figura 4.31a foram capazes de estabilizar a gota sobre a manta em torno de 40o. A Figura 4.32b mostra a perda da molhabilidade das mantas com fibras aleatórias/surfactante após a lavagem com água destilada.

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(a) (b) Figura 4-32. Ângulo de contato em função do tempo de permanência sobre a manta com fibras

aleatórias de PCL com Triton X-100 (a) e (b) após a lavagem com água destilada.

As medidas do ângulo de contato nos filmes cast de PCL com diferentes concentrações de Triton X-100 estão apresentadas na Figura 4.33. Os resultados na Figura 4.33a mostram que a concentração de 0,1wt% não causou diminuição do ângulo de contato, no entanto, para concentrações maiores, o aumento na molhabilidade pode ser observado. Os filmes com 0,5 e 1,0 wt% obtiveram espalhamento gradativo da gota de água sobre a superfície, e apresentaram-se como hidrofílicos a partir de 150 segundos. Para o filme PCL/surfactante com 1,5 wt%, a amostra teve o espalhamento completo da água sobre a superfície após 25 segundos. Na Figura 4.33b, pode-se observar a perda da molhabilidade no filme com 0,5wt% de surfactante após o processo de lavagem. Em todos os casos os filmes permaneceram hidrofílicos.

A influência do surfactante SDS na molhabilidade das mantas foi avaliada somente nas amostras que formaram mantas, neste caso, as mantas com fibras com concentrações de 0,05wt% e 0,1wt% coletadas com velocidade de 22,6m/s. A Figura 4.34 mostra a influência do SDS antes e após a lavagem com água.

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(a) (b) Figura 4-33. Ângulo de contato em função do tempo de permanência sobre o filme cast de PCL

com Triton X-100 (a) e (b) após a lavagem com água destilada.

Pela Figura 4.34a, pode-se observar o efeito da adição de 0,05wt% de SDS nas fibras coletadas com velocidade de 22,6m/s. A pequena quantidade de SDS na solução causou uma redução no ângulo para aproximadamente 90o, enquanto que a concentração 0,1wt% de SDS o ângulo de contato reduziu aproximadamente para 80o (ver Figura 4.34a). Entretanto, nas amostras com fibras aleatórias, a concentração de 0,05wt% causou uma leve redução no ângulo de contato de 134, 95 ± 1,3o para 112o, aproximadamente. Enquanto que a manta com fibras aleatórias apresentou absorção completa da água após 40 segundos com a concentração de 0,1wt% de SDS (ver Figura 4.34c).

Os filmes cast de PCL com surfactante SDS não apresentaram mudanças consideráveis na hidrofilicidade quando comparado com as mantas com fibras. Isto pode esta influenciado pela alta relação área superficial-volume que as mantas eletrofiadas apresentam. Além disso, as mantas com fibras eletrofiadas, em especial, as mantas porosas, apresentam várias camadas de fibras e poros, e durante o contato entre gota e manta, o sistema água-fibras-ar surge em vários níveis, e com a energia de superfície das fibras aumentada, eleva a capacidade de absorção das mantas porosas (YOHE et al., 2014).

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Figura 4-34. Ângulo de contato em função do tempo de permanência sobre as amostras com SDS em diferentes condições, fibras coletadas com velocidade de 22,6m/s (a), fibras coletadas

com velocidade de 22,6m/s após a lavagem (b), fibras aleatórias (c), fibras aleatórias após a lavagem (d), filme cast (e) e filme cast após a lavagem (f).

Absorção total

(a)

(b)

(c)

_(d)

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Na Figura 4.35 está apresentada a influência da adição do surfactante CTAB nas diferentes condições estruturais do PCL, neste caso, para efeitos comparativos foi utilizado somente a concentração de 0,05wt% (ver seção 4.3). Os resultados mostram que a pequena concentração de CTAB foi capaz de causar a absorção imediata da água durante as medições do ângulo de contato na manta com fibras aleatórias, enquanto que no filme cast, a concentração não causou nenhum efeito considerável na molhabilidade, porém, nas fibras coletadas com velocidade de 22,6 m/s, houve uma pequena redução na molhabilidade, mas a manta continuou hidrofóbica. Este efeito mostra claramente a dependência da molhabilidade com a estrutura superficial das mantas (ver Figura 4.35a).

Na Figura 4.35b, mostra a perda da molhabilidade nas diferentes amostras com CTAB após a lavagem em água. O mesmo efeito pode ser observado nas amostras com SDS nas Figuras 4.34b, (d) e (f). Geralmente, surfactantes iônicos são muito sensíveis em água, e sua presença causa a dissociação eletrolíticas dos surfactantes em meio aquoso (HOLMBERG et al., 2002). A perda da molhabilidade das amostras após a lavagem com água, pode ser um forte indicio da presença do grupo hidrofílico do surfactante na superfície das fibras e reforça o que Hu et al. (2015) relata sobre a capacidade dos surfactantes migrarem para a superfície das fibras durante o processo.

Figura 4-35. Ângulo de contato em função do tempo de permanência sobre o filme cast de PCL com 0,05wt% CTAB em diferentes condições da amostra (a) e (b) após a lavagem com água.

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