Hydrofiele oppervlakken

Toepassingen voor hydrofiele oppervlakken

Wanneer een (water)druppel een oppervlak van een voorwerp raakt, kan het zich op verschillende manieren gedragen. De druppel kan zich volledig over het oppervlak verspreiden, van het oppervlak rollen of de vorm van de (water)druppel behouden. Afhankelijk van de vorm van de druppel, welke hoek neemt de waterdruppel aan t.o.v. van het voorwerpoppervlak, wordt het oppervlak hydrofiele of hydrofobe genoemd. De woorden komen uit het Grieks. Hydro- staat voor water, en -philic komt van het woord philos, wat liefde betekent. Een hydrofiele ondergrond kan dus worden beschouwd als “water minnend” waardoor de waterdruppel zich gemakkelijk verspreidt. Hydrofiele oppervlakte-eigenschappen zijn nodig in veel verschillende toepassingen, variërend van biomedische apparaten tot maritieme engineering.

Wat maakt het oppervlak hydrofiel?

De “hydrofielheid” van een oppervlak wordt bepaald door de functionele groepen die beschikbaar zijn om te interageren met de waterdruppel. Hydrofiele functionele groepen omvatten hydroxyl-, carbonyl-, carboxyl-, amino-, sulfhydryl- en fosfaatgroepen. Meerdere materialen zoals glas of ander keramiek zijn inherent hydrofiel, maar het is mogelijk om het oppervlak hydrofiel te maken met verschillende soorten oppervlaktebehandelingen. Plasmabehandeling wordt bijvoorbeeld vaak gebruikt om polymeeroppervlakken hydrofiel te maken, althans tijdelijk.

Voorbeelden van toepassingen waarbij hydrofielheid nodig is

Hydrofiele oppervlakte-eigenschappen hebben ook vaak de voorkeur in biomedische toepassingen, omdat ze eiwit adsorptie kunnen voorkomen en de lubricatie van de urinekatheters kunnen verbeteren.

Anti-fouling oppervlakken zijn erg belangrijk, niet alleen in biologische toepassingen maar bijvoorbeeld ook in de maritieme techniek. Dit omdat ze de opbouw van micro-organismen aan de wand van een schip kunnen voorkomen. Een dunne laag water vormt een barrière die de hechting van micro-organismen voorkomt of vertraagt. Anti-vernevelingsoppervlakken zijn een ander voorbeeld waar hydrofiele oppervlakte-eigenschappen soms de voorkeur hebben. Anti-vernevelingsoppervlakken voorkomen verneveling in toepassingen waar goed zicht belangrijk is, zoals een voorruit of zwembril.

Hydrofielheid wordt bepaald door (water)contacthoekmetingen

Zoals reeds besproken, wordt het oppervlak hydrofiel genoemd wanneer de waterdruppel zich gemakkelijk erop verspreidt. De mate van oppervlakte-hydrofilie (of -fobicity) kan worden bepaald door contacthoekmetingen. Er wordt gezegd dat het oppervlak hydrofiel is als de contacthoek lager is dan 90 graden. Als de contacthoek lager is dan 5 graden, wordt het oppervlak volledig bevochtigd en super hydrofiel genoemd.