Energía superficial y ángulo de contacto

Hola!!

en el post sobre plásticos que no se pegan dije algo sobre la energía superficial de los materiales, que los adhesivos tenían dificultades para mojar la superficie de los plásticos o incluso solté que el agua no los mojaba! Qué barbaridad! No te preocupes, ahora te lo aclaro!

Para ello, lo primero que hace falta es saber qué es eso de la energía superficial. Este concepto también es conocido como tensión superficial o tensión interfacial (entre caras), porque se produce en la superficie frontera entre dos fases: solido-líquido, sólido-gas, líquido-gas, líquido-líquido, etc. Su definición completa es un tanto complicada pero para que te hagas una idea se puede decir que es la medida en la que interactúan las moléculas de las dos fases en contacto.

Atendiendo a esto, el valor de esta energía depende de las dos fases en contacto. Por ejemplo, el valor de la energía superficial del cobre no será el mismo si el medio que lo rodea es aire o es un gas puro (por ejemplo, helio). Por lo tanto, hay que tener en cuenta que la energía superficial no es un parámetro característico de los materiales si no que lo es de la frontera entre las dos fases.

No obstante, como lo normal es que a nuestros materiales los rodee el aire, se toma como referencia la energía superficial de la interacción material-aire.

Pero ten cuidado si trabajas en un proceso especial con una atmósfera diferente porque este valor variará.

Bien, y ahora queremos aplicar nuestro adhesivo sobre la superficie de un substrato. Qué pasa? Pues que a la interfase entre substrato-aire (sólido-gas), que ya tenía su energía superficial en equilibrio, le añadimos un tercer actor, el adhesivo (líquido), y, como no podía ser de otra manera, se forma una nueva región de interacción entre las tres fases, sólido-líquido-gas, donde el resultado del equilibro de las 3 tensiones interfaciales es el ángulo de contacto. Este ángulo se toma como medida para saber si el líquido es capaz de mojar o no al sólido.

De forma que:

• Si el ángulo es cercano a 0º se puede decir que tenemos mojado total.
• Si el ángulo está entre 0º y 90º, el adhesivo es capaz de mojar.
• Si el ángulo está entre 90º y 180º, el adhesivo no es capaz de mojar el substrato.

El valor del ángulo de contacto varía con la temperatura, rugosidad superficial, etc. pero no voy a analizar su influencia porque lo complicaría bastante y quiero hacerlo sencillo.

Para garantizar una buena adherencia entre el adhesivo y el substrato a pegar, además de otros factores, es absolutamente necesario que el adhesivo moje su superficie, y por lo tanto, es muy importante conocer cuál es el resultado de su interacción. Es decir, el ángulo de contacto. De hecho, el análisis de este ángulo proporciona información sobre la idoneidad de realizar un tratamiento superficial previo al pegado y, posteriormente, comprobar si se ha hecho correctamente.

De manera cualitativa y como idea general, para saber si el adhesivo va a ser capaz de mojar la superficie de un substrato, su energía superficial debe ser menor que la del substrato. Por lo tanto, viendo la tabla de arriba se puede hacer una estimación de lo que puede pasar si con nuestro adhesivo queremos pegar PE o titanio.

 
Hazlo tú mismo utilizando como referencia el agua. Qué crees que pasará?