Cómo medir la energía superficial de manera rápida?

Hola!!

quizás alguna vez hayas pensado: vale, sé que el valor de la energía superficial de mi pieza es fundamental para saber si voy a poder pegarla a otra pero, ¿cómo puedo saber si la superficie de mi pieza tiene la energía superficial adecuada o necesito hacer una preparación previa?

Bien, no te preocupes, que tu pregunta tiene respuesta, pero depende del adhesivo (lo dudabas?) puesto que cada familia de adhesivos tiene su energía superficial y por tanto, la interacción con los substratos será diferente.

A modo de referencia, en estado líquido, las resinas epoxy tienen una tensión superficial de alrededor de 47 dinas/cm (en unidades del Sistema Internacional 47 mN/m), mientras que el cianoacrilato o la silicona tienen valores más bajos, como 20 dinas/cm (20 mN/m) para el caso de la silicona (por eso estos son capaces de mojar y adherir en una amplia gama de materiales).

Por lo tanto, nuestra pieza tiene que tener una energía superficial mayor a estos valores (recuerda lo que hablamos en el post sobre la energía superficial y elángulo de contacto).

Pero llegados a este punto es necesario que te diga una cosa, que no es un secreto: sea el material que sea, tenga la energía superficial que tenga, siempre tienes que limpiar las superficies. Siempre! Aunque algunos adhesivos tengan cierta capacidad para absorber impurezas, tú lo que quieres pegar es el material base y no la suciedad que pueda haber sobre tu pieza. Además, la suciedad y las impurezas superficiales afectan a la medida de la energía superficial, así que, que no te de pereza y limpia las superficies!!!!

Bien, dicho esto, todo lo que te diga a partir de ahora será considerando que las superficies están limpias, ok?

Para materiales metálicos o vidrio no tendrás problemas porque tienen energías superficiales bastante más altas que la de los adhesivos. El problema aparece con los polímeros, puesto que tienen energías superficiales muy parecidas o menores que las de los adhesivos (bueno, después de todo, los adhesivos son polímeros, no?).

Para poder tener una medida cualitativa de cómo está la superficie de tu pieza, existen productos en el mercado fáciles de utilizar, como son los rotuladores para medir tensión superficial de Boussey Control.

Estos rotuladores, cuya tinta contiene una mezcla de agua y disolventes orgánicos, están calibrados a ciertos valores de tensión superficial de forma que, si este líquido moja o no tu superficie podrás saber cuál es el valor de su energía superficial.

Esto es:

1.-Si la marca de la tinta sobre la superficie es uniforme y continua se supone que la energía superficial del substrato es mayor que la que indica el rotulador.

 

2.-Si la tinta se queda dispersa en gotitas pequeñas la energía superficial del susbtrato es considerablemente menor que la del rotulador.

3.-Si la marca de tinta es parcialmente continua pero los bordes se retraen, la energía superficial de tu pieza es ligeramente menor que la del rotulador.

Puedes probar con rotuladores de diferente valor de tensión superficial para intentar encontrar de la manera más ajustada posible el valor que buscas.

 

Finalmente, teniendo en cuenta el valor que obtengas, deberás decidir si tienes que hacerle un tratamiento superficial previo a tu pieza o no para incrementar el valor de la energía superficial.

 

Yo empezaría por intentar limpiar mejor la superficie, porque quizás se haya quedado alguna impureza sin limpiar debidamente…

XIII Congreso de Adhesión y Adhesivos

Hola!!!

 

la semana que viene, concretamente los días 13 y 14 de septiembre de 2012, se celebra un acontecimiento muy especial para los fabricantes, usuarios e investigadores de adhesivos de este país: se celebra el XIII Congreso de Adhesión y Adhesivos, organizado por el Prof. Salvador Borrós del Instituto Químico de Sarriá (IQS)-Universidad Ramón Llull, en colaboración con el GEAA.

 

 

El objetivo de este Congreso es el de proporcionar un foro científico-técnico para intercambiar conocimientos técnicos y prácticos entre las personas interesadas en la adhesión y los adhesivos, así como en los fenómenos relacionados y en sus aplicaciones.

 

Los temas que se van a tratar irán desde la Síntesis y formulación de sistemas adhesivos a la Estrategia y desarrollo: Del proyecto al producto, pasando por los Bioadhesivos, las Técnicas de caracterización de adhesivos y superficies o la  Ingeniería de la adhesión y uniones adhesivas. Vamos, temas realmente interesantes para todos los que estamos dentro de este mundillo!!!! no crees?

 

Este Congreso está cogiendo cada vez más auge y pese a estar organizado en un ámbito nacional, ya en su 13ª edición, ha conseguido cierta importancia internacional con varias exposiciones venidas de diferentes universidades y centros tecnológicos europeos.

 

En mi opinión, este evento es un punto de encuentro absolutamente necesario. Es una oportunidad casi única para charlar con colegas, intercambiar puntos de vista, aprender y, dados los tiempos que corren, favorecer la posibilidad de establecer contactos con diferentes personas y fomentar eso que llaman el networking!

 

Además, un día antes al Congreso, el día 12 de Septiembre de 2012, se impartirá un Workshop sobre Tecnologías de Unión para Aplicaciones Náuticas, con la participación de ponentes de relevada reputación en el campo de la náutica de alta competición, desde navegantes a constructores!!

 

Yo voy a estar allí. Y tú? te lo vas a perder?

 

Si quieres más información, puedes entrar aquí.

Los cosméticos y los adhesivos: el Dimethicone

Hola!!

alguna vez te has parado a leer los ingredientes de los cosméticos que compras o que tienes en casa…? Las cremas, jabones, etc. están compuestas por una mezcla variada de diferentes sustancias químicas (artificiales y/o naturales) que cumple con la función para la que los hemos comprado: hidratarnos la piel, fijar nuestro peinado, limpiar el cabello o el cuerpo, etc.

Bien, aunque el mundo de los cosméticos es muy interesante, como ya sabes a estas alturas, lo mío son los adhesivos y no tengo intención de cambiar de tema en el blog. Entonces, seguramente te preguntarás: y qué haces hablando de ellos? La respuesta es sencilla: muchos cosméticos tienen un componente que te puede influir a la hora de utilizar los adhesivos y más concretamente, cuando estés realizando una unión, así que me veo en la obligación de presentártelo. Se trata del Dimethicone.

Venga, para que veas que es verdad, te dejo un momento para que vayas al armario del baño, ducha, etc. y lo puedas ver con tus propios ojos… Lo has encontrado? Si no, te pongo unos ejemplos:

Y qué pasa con el Dimethicone? Técnicamente es también conocido como Polidimetilsiloxano (PDMS) y es la forma más habitual de encontrar el siloxano polimerizado o, más fácil, la silicona (en inglés lo puedes encontrar como silicone oil).

Los fabricantes de cosméticos utilizan el Dimethicone porque favorece que el cabello no se enrede a la hora de peinarnos al funcionar como lubricante, además de darle más brillo. Y sobre la piel, actúa como protector e incluso puede ayudar a calmar la piel irritada.

Pero la primera de estas propiedades es precisamente la que no buscamos cuando hacemos una unión adhesiva. Si alguna vez has intentado pegar silicona te habrás dado cuenta que es muy difícil, entre otras cosas, debido a la baja tensión superficial que tiene este material.

El problema que surge aquí es que si has utilizado algún cosmético que contenga Dimethicone, sin quererlo, puedes tener restos en las manos con lo que si no te das cuenta, es posible que contamines las superficies de los substratos a pegar. Quizás, en un primer momento, esto no afecte a la adherencia del adhesivo pero, lo podrías asegurar en el tiempo? Esto puede ser un motivo de fallo.

Otra consecuencia de la baja tensión superficial de los compuestos siliconados, es que son muy difíciles de limpiar en las superficies contaminadas. Y para poder limpiarlos correctamente puede que tengas que utilizar productos que acaben dañando el material.

Por lo tanto, la primera recomendación es que trabajes con cuidado y sin tocar donde no debes (sobre todo si ya has limpiado previamente las superficies).

Por otro lado, como es inevitable que utilices cosméticos que contengan Dimethicone (alguno hay pero… el mercado actual está copado por los que lo contienen) quizás la mejor opción es que utilices guantes de protección (mi recomendación es que utilices los de nitrilo, sin polvos). Así, además de proteger tu salud (que es su principal función), evitarás la contaminación de los substratos.

 

Eso sí, si los guantes llevan algún tipo de protector de piel, asegúrate de que tampoco tengan Dimethicone…

Qué es un adhesivo estructural?

La sabiduría popular dice que un adhesivo estructural es aquel que es capaz de transmitir mucha carga, aquel cuya tensión de rotura es muy elevada o aquel que es rígido o rigidísimo. En definitiva, es un adhesivo que proporciona una unión muy resistente.

De hecho, si alguna vez te han preguntado por un adhesivo estructural, habrás pensado "eeeh... sí, claro! un epoxy! o un acrílico!".

Vale, esto es cierto sí, pero con matices. Me explico:

Más que definir a un adhesivo como estructural en sí, yo lo llamaría adhesivo que permite una unión estructural, entendiendo como tal no sólo a las uniones que tienen que transmitir mucha carga (cuando buscamos resistencia), sino también a aquellas cuya función es absorber deformaciones relativas (cuando buscamos flexibilidad).

Por lo tanto, se entiende como una unión adhesiva estructual aquella que, en caso de fallo, reduce considerablemente la utilidad del objeto donde se encuentra esta unión. Y, además, fija estrechamente las propiedades de seguridad del objeto.

Es decir, una unión adhesiva estructural determina el funcionamiento seguro de la pieza donde se encuentra. 

Si pensamos en un coche. Un coche moderno. Con la estructura del chasis hecha en composite o en fibra de carbono. Está claro que las uniones del chasis deben transmitir carga y por tanto utilizaremos un adhesivo con una resistencia interna elevada; por contra, si pensamos en el montaje de la luna del parabrisas... cómo va montada? efectivamente, va pegada! y la unión está hecha con un adhesivo flexible para absorber las deformaciones relativas entre vidrio y estructura y, de manera secundaria, transmitir la carga provocada por las fuerzas aerodinámicas.

Ambos son dos ejemplos de uniones estructurales.

Otro ejemplo más: los acristalamientos de los nuevos edificios. Van pegados. Pero con qué? normalmente, con silicona.

 

Y, qué opinas? es una unión estructural o no? Pero... según la sabiduría popular...la silicona no es un adhesivo estructural, no? vale, pero si falla la unión, que pasará? así que... tenemos una unión estructural con un adhesivo no estructural??? qué paradojas... ;-)

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?

Por qué la lengua se queda pegada a un poste congelado?

Buenos días querido lector,

Alguna vez te has preguntado por qué la lengua se queda pegada al hielo cuando lo chupas?

Si alguna vez has tenido ese irrefrenable impulso de experimentar y se te ha ocurrido ver qué pasa si chupas una valla o un poste metálico en pleno invierno… ya lo sabrás, no? O por lo menos, las consecuencias de tu brillante idea!!

Efectivamente, tu lengua (o la del amig@ al que has convencido para que lo haga…) se queda pegada!! Pero… por qué?

Es sencillo: cuando la temperatura de la superficie metálica está considerablemente por debajo del punto de congelación del agua, lo que ocurre al chuparla, sencillamente, es que la saliva de la lengua se congela, de forma que las moléculas de ésta se unen a las del hielo, produciéndose la adherencia.

Además, la buena conductividad térmica del metal provoca que la valla extraiga el calor de la lengua con lo que la saliva y la lengua se enfrían rápidamente y, aunque la lengua esté a 37ºC (temperatura media del cuerpo) se favorece ésta congelación local.

Pero esto no es algo exclusivo de la lengua. Cualquier parte de nuestro cuerpo que tenga cierta humedad (por ejemplo, nuestras manos) puede quedarse adherida a una superficie fría.

Para despegarlo, no hay que tirar. El grado de adherencia es bastante elevado y si tiras con fuerza puedes llegar a desgarrar la piel de la zona afectada y producirte heridas. Y te dolerá...

Pensemos: si lo que ha provocado la adhesión es la congelación de la humedad, lo que tienes que hacer es descongelarla. Lo más rápido: vertiendo agua a mayor temperatura. Si no tienes prisa, puedes esperar a que tu cuerpo equilibre la diferencia de temperaturas hasta que descongele la zona. Tú decides. Pero yo haría lo primero… ;-)

 

Ahora, te dejo un pequeño ejemplo... Disfrútalo!!

Qué es un adhesivo? (3ª parte y definitiva: adhesión)

Buenas,

en este post voy a cerrar la definición de “adhesivo” que comencé con Qué es un adhesivo? y continúe en su segunda parte hablando de la cohesión interna.

Esta vez voy a hablar de la adhesión. Quizás sea la parte más complicada de la definición puesto que aún no se conocen con exactitud cuáles son los mecanismos de adhesión de un adhesivo sobre la superficie de un substrato. No obstante, voy a intentar explicarlo de una manera sencilla.

Los mecanismos de adhesión en una unión adhesiva se desarrollan por la interacción entre el adhesivo y los substratos. Esta interacción se concentra en una zona muy pequeña (del orden de micras) dentro del adhesivo conocida como interfase o capa intermedia (en inglés, “interphase” o “boundary layer”).

Existen tres tipos fundamentales de mecanismos de adhesión:

• Interacción química: producida por la reacción química entre las moléculas del adhesivo y del substrato.
• Interacción física: producida por la atracción-repulsión electrostática entre moléculas de los diferentes materiales.
• Interacción con movimiento de cargas: al juntar dos materiales diferentes se produce un trasvase de cargas eléctricas entre los dos, en busca del equilibrio termodinámico. (Esto siempre pasa, en mayor o menor medida, incluso en materiales aislantes)

En resumen, los mecanismos de adhesión son debidos principalmente a la acción de los electrones de cada uno de los materiales. (Los electrones son unas de las partículas básicas de los átomos con capacidad de desplazarse y cuya carga eléctrica negativa) 

Por otro lado, existen 4 modelos que explican el funcionamiento de estos mecanismos de adhesión.

• Adhesión mecánica: este modelo explica el anclaje que puede provocar la rugosidad de los substratos. De ahí la creencia popular de que es necesario ligar las superficies a unir. Pero la verdad es que, desde el punto de vista molecular (como has podido leer antes, las moléculas son las que intervienen en la adhesión) todos los materiales son rugosos. Lo que se consigue lijando las superficies es aumentar la superficie de contacto y por tanto, mejora la adhesión pero no de manera exclusiva.

• Adhesión electrostática: las diferentes cargas eléctricas de las moléculas de los materiales funcionan como pequeños imanes que mantienen el adhesivo y los substratos unidos.

• Adhesión termodinámica: se basa en el equilibrio termodinámico entre los diferentes materiales, con la teoría del ángulo de contacto, las energías superficiales, etc. Para que se produzca la adhesión, el adhesivo debe mojar la superficie del substrato, que depende de la diferencia de las energías superficiales del adhesivo y del substrato.

• Adhesión química: Este modelo se basa en la reacción química entre el adhesivo y el substrato. Es un modelo que está en fase de estudio ya que es complicado comprobar si realmente se produce una reacción química entre los materiales de la unión.

Como has podido comprobar, no he profundizado demasiado en los diferentes mecanismos y modelos de adhesión puesto que considero que es más interesante que tengas una idea general. No obstante, creo que el modelo de adhesión termodinámica es bastante interesante y por eso lo desarrollaré un poco más a fondo en otro post específico.

De todas formas, si te interesa algo más concreto relacionado con este tema, no tienes más que pedírmelo!

Muchas gracias!!