Quina diferència hi ha entre l'energia lliure superficial i l'energia superficial?En definitiva, aquesta és una qüestió purament semàntica.L'energia lliure superficial és l'energia lliure en un espai específic (superfície material).En el sentit més pur de la termodinàmica, l'energia lliure es refereix a l'energia que es pot utilitzar per treballar, causar efectes i fer que alguna cosa passi.L'energia lliure superficial està relacionada amb l'energia que es pot fer a la superfície del material.
Per als fabricants i qualsevol persona implicada en l'adhesió, neteja, unió, recobriments, tintes i formulacions de pintura, segellat o qualsevol altre procés que impliqui la interacció de superfícies amb altres superfícies o el seu entorn, l'energia lliure de la superfície sol escurçar-se només a energia superficial.
Les superfícies són crítiques per a tots els processos enumerats anteriorment i, fins i tot si tenen un impacte directe en el rendiment dels fabricants de productes de totes les indústries, sovint no es mesuren i, per tant, no es controlen.
Controlar la superfície en la fabricació es refereix a controlar l'energia superficial dels materials utilitzats.
La superfície està formada per molècules que interaccionen químicament entre elles i per les molècules que formen la superfície d'altres materials amb els quals entren en contacte.Per canviar l'energia superficial, s'ha d'entendre que aquestes molècules es poden eliminar mitjançant neteja i tractament, substituir-se o manipular d'una altra manera per produir diferents nivells d'energia superficial i aconseguir els resultats desitjats.Per controlar l'energia superficial, s'ha de mesurar durant tot el procés de canvi de la química de la superfície per determinar quan i quant.D'aquesta manera, es pot obtenir la quantitat precisa d'energia superficial necessària en el moment adequat durant el procés d'adhesió o neteja.
Per entendre com les molècules fan la feina de construir enllaços forts i netejar químicament les superfícies, hem d'entendre l'atracció que uneix les molècules i constitueix l'energia lliure total de la superfície disponible.
Quan parlem de l'energia de la superfície, estem parlant de la capacitat d'aquesta superfície per fer treball.Literalment, aquesta és la capacitat de la superfície per moure molècules; aquest moviment requereix energia.És important recordar que una superfície i les molècules que la formen són iguals.Sense molècules, no hi ha superfície.Si no hi ha energia, aquestes molècules no poden completar el treball d'adsorció sobre l'adhesiu, de manera que no hi ha enllaç.
Per tant, el treball és directament proporcional a l'energia.Més feina requereix més energia.A més, si tens més energia, augmentarà la teva feina.La capacitat d'una molècula per funcionar prové de la seva atracció per altres molècules.Aquestes forces atractives provenen de diverses maneres diferents en què les molècules interactuen.
Bàsicament, les molècules interaccionen perquè tenen molècules carregades positivament i negativament, i atrauen càrregues oposades entre les molècules.Un núvol d'electrons flota al voltant de la molècula.A causa d'aquests electrons en constant moviment, la molècula té una càrrega variable en una molècula d'una àrea determinada.Si totes les molècules tenen una càrrega uniforme al seu voltant, cap molècula s'atreu.Imagineu dos coixinets de boles, cada coixinet de boles té una distribució uniforme d'electrons a la seva superfície.Cap dels dos s'atreu perquè tots dos tenen una càrrega negativa i no es pot atreure cap càrrega positiva.
Afortunadament, al món real, aquests núvols electrònics estan en constant moviment, i hi ha zones amb càrregues positives o negatives en qualsevol moment.Si tens dues molècules amb electrons carregats aleatòriament al seu voltant en qualsevol moment, tindran una mica d'atracció entre elles.La força generada per la redistribució aleatòria de càrregues positives i negatives en el núvol d'electrons al voltant de la molècula s'anomena força de dispersió.
Aquestes forces són molt febles.Independentment de l'estructura o composició de la molècula, hi ha una força de dispersió entre totes les molècules, que és directament oposada a la força polar generada per l'estructura de la molècula.
Per exemple, la força de dispersió és l'única força que existeix entre les molècules de nitrogen.A temperatura ambient, el nitrogen és una mena de gas, perquè la força de dispersió és massa feble, no pot resistir la vibració tèrmica fins i tot a la temperatura més moderada i no pot mantenir les molècules de nitrogen juntes.Només quan eliminem gairebé tota l'energia tèrmica refredant-la per sota dels -195 °C, el nitrogen es torna líquid.Una vegada que l'energia tèrmica es redueix prou, la força de dispersió més feble pot superar la vibració tèrmica i unir les molècules de nitrogen per formar un líquid.
Si mirem l'aigua, la seva mida i massa molecular són semblants a les del nitrogen, però l'estructura i la composició de les molècules d'aigua són diferents de les del nitrogen.Com que l'aigua és una molècula molt polar, les molècules s'atreu molt fortament, i l'aigua romandrà líquida fins que la temperatura de l'aigua superi els 100 °C.A aquesta temperatura, l'energia tèrmica supera la molecular Amb les forces polars unides, l'aigua es converteix en un gas.
El punt clau a comprendre és la diferència de força entre la força de dispersió i la força polar que atrau les molècules entre si.Quan parlem de l'energia superficial produïda per aquestes forces atractives, tingueu-ho en compte.
L'energia superficial dispersa forma part de l'energia superficial, que es genera per la dispersió de núvols d'electrons en molècules a la superfície del material.L'energia superficial total és una expressió atractiva de l'atracció de les molècules entre si.Les energies superficials disperses formen part de l'energia total, encara que siguin components febles i fluctuants.
Per a diferents materials, l'energia superficial dispersa és diferent.Els polímers altament aromàtics (com el poliestirè) tenen molts anells de benzè i components de dispersió d'energia superficial relativament grans.De la mateixa manera, com que contenen un gran nombre d'heteroàtoms (com el clor), el PVC també té un component d'energia superficial dispersa relativament gran en la seva energia superficial total.
Per tant, el paper de l'energia de dispersió en el procés de fabricació depèn dels materials utilitzats.Tanmateix, com que la força de dispersió gairebé no depèn de l'estructura molecular específica, la manera de controlar-les és molt limitada.
La interacció de la desviació d'electrons dispersos basada en aquestes fluctuacions no és l'única manera que les molècules interaccionin entre elles.A causa de determinades característiques estructurals que creen altres forces atractives entre molècules, les molècules poden interactuar amb altres molècules.Hi ha moltes maneres de classificar aquestes altres forces, com les interaccions àcid-base, on les molècules interaccionen mitjançant la seva capacitat d'acceptar o donar electrons.
Algunes molècules tenen característiques estructurals que produeixen dipols permanents, la qual cosa significa que, a més de la dispersió aleatòria d'electrons al voltant de la molècula, algunes parts de la molècula són sempre més positives o negatives que altres.Aquests dipols permanents són més atractius que les interaccions dispersives.
A causa de la seva estructura, algunes molècules tenen regions carregades permanentment que estan carregades positivament o negativament.L'energia superficial polar és un component de l'energia superficial, que és causada per l'atracció d'aquestes càrregues entre molècules.
Podem concentrar fàcilment totes les interaccions no dispersives sota la protecció de les interaccions polars.
Les propietats de dispersió d'una molècula són una funció de la mida de la molècula, especialment de quants electrons i protons hi ha presents.No tenim gaire control sobre el nombre d'electrons i protons, la qual cosa limita la nostra capacitat de controlar el component de dispersió de l'energia superficial.
Tanmateix, el component polar depèn de la posició dels protons i dels electrons, la forma de la molècula.Podem canviar la distribució d'electrons i protons mitjançant mètodes de tractament com el tractament corona i el tractament amb plasma.Això és semblant a com podem canviar la forma del bloc d'argila, però sempre mantindrà la mateixa qualitat.
Les forces polars són molt importants perquè formen part de l'energia superficial que controlem quan realitzem tractaments superficials.L'atracció dipol-dipol és la causa d'una forta adherència entre la majoria d'adhesius, pintures i tintes i superfícies.Mitjançant la neteja, el tractament amb flama, el tractament corona, el tractament amb plasma o qualsevol altra forma de tractament superficial, podem augmentar fonamentalment el component polar de l'energia superficial, millorant així l'adhesió.
Mitjançant l'ús del mateix costat de la neteja IPA dues vegades a la mateixa superfície, només es poden introduir substàncies de baixa energia a la superfície per reduir involuntàriament el component polar de l'energia superficial.A més, la superfície pot ser sobretractada, cosa que es volatilitza i redueix l'energia superficial.Quan la superfície no es produeix en absolut, el component polar de l'energia superficial també canviarà.Una superfície d'emmagatzematge neta atrau molècules del medi ambient, inclosos els materials d'embalatge.Això canvia el paisatge molecular de la superfície i pot reduir l'energia superficial.
Difícilment podem controlar la mida de la dispersió.Aquestes forces són bàsicament fixes i té poc valor intentar canviar la força de dispersió com a mitjà per controlar la qualitat de la superfície per aconseguir una adhesió fiable durant el procés de fabricació.
Quan dissenyem o modifiquem la superfície, estem dissenyant les propietats del component polar de l'energia superficial.Per tant, si volem desenvolupar un procés de tractament superficial per controlar la superfície del material, volem controlar la composició polar de la superfície.
L'energia lliure superficial és la suma de totes les forces individuals que actuen entre les molècules.Hi ha algunes fórmules per a l'energia lliure superficial.Si decidim tractar totes les forces no dispersives com a forces polars, el càlcul de l'energia lliure superficial és senzill.La fórmula és:
En la fabricació de productes fiables, tractament de superfícies, neteja i preparació, l'energia lliure superficial és la mateixa que l'energia superficial.
A causa dels requisits de producció implicats en diversos processos, com ara el rendiment d'adhesió de la junta, l'adhesió adequada de la tinta al plàstic o el rendiment del recobriment del recobriment "autonetejador" a la pantalla del telèfon intel·ligent, tot depenen del control. de les propietats de la superfície.Per tant, és molt important entendre l'energia superficial com a conseqüència del concepte de fabricació.
L'energia superficial prové de les diferents maneres en què les molècules s'atrauen.Les interaccions polars entre molècules són les més importants per al procés d'adhesió i neteja, perquè aquestes interaccions a nivell molecular són les interaccions moleculars que més podem controlar mitjançant el tractament de superfícies, mòlta, poliment, neteja, neteja o qualsevol altre mètode de preparació de superfícies.
El coneixement de la polaritat i la composició de la dispersió i la tensió superficial és molt important per al desenvolupament d'adhesius, tintes i recobriments.No obstant això, per als productes fabricats amb adhesius, tintes, pintures i recobriments, normalment només cal parar atenció al component polar de l'energia superficial, perquè és aquell que es veu afectat pel procés de fabricació.
La mesura de l'energia superficial total és un procés relativament complex i propens a errors.Tanmateix, l'angle de contacte d'un sol líquid com l'aigua està determinat gairebé completament pel component polar de l'energia superficial.Per tant, mesurant l'angle produït per l'alçada d'una gota d'aigua a la superfície, podem saber amb una precisió sorprenent com canvia la component polar de l'energia superficial.En general, com més gran sigui l'energia superficial, menor serà l'angle causat per les gotes d'aigua que siguin tan atretes i s'estenen o mullen.La baixa energia superficial farà que l'aigua s'encongi i es redueixi en petites bombolles a la superfície, formant un angle de contacte més gran.La consistència d'aquesta mesura de l'angle de contacte està relacionada amb l'energia superficial i, per tant, amb el rendiment d'adhesió, que proporciona als fabricants una manera fiable i repetible d'assegurar la resistència dels seus productes.
Per obtenir més informació sobre com controlar el procés de fabricació per aconseguir resultats més previsibles, descarregueu el nostre llibre electrònic gratuït: Comproveu l'adhesió previsible a la fabricació a través del procés.Aquest llibre electrònic és la vostra guia per al seguiment del procés mitjançant l'anàlisi predictiva, un procés que elimina totes les conjectures sobre el manteniment de la qualitat de la superfície durant tot el procés d'unió.
Hora de publicació: 29-mar-2021