Cal é a diferenza entre a enerxía libre da superficie e a enerxía superficial?En última análise, esta é unha cuestión puramente semántica.A enerxía libre de superficie é a enerxía libre nun espazo específico (superficie do material).No máis puro sentido da termodinámica, a enerxía libre refírese á enerxía que se pode usar para traballar, causar efectos e facer que algo suceda.A enerxía libre da superficie está relacionada coa enerxía que se pode facer na superficie do material.
Para os fabricantes e calquera persoa implicada na adhesión, limpeza, unión, revestimentos, pinturas e formulacións de pintura, selado ou calquera outro proceso que implique a interacción de superficies con outras superficies ou o seu contorno, a enerxía libre da superficie adoita reducirse a enerxía superficial.
As superficies son fundamentais para todos os procesos enumerados anteriormente, e aínda que teñan un impacto directo no rendemento dos fabricantes de produtos en todas as industrias, moitas veces non se miden e, polo tanto, non se controlan.
Controlar a superficie na fabricación refírese ao control da enerxía superficial dos materiais utilizados.
A superficie está composta por moléculas que interactúan químicamente entre si e polas moléculas que forman a superficie doutros materiais cos que entran en contacto.Para cambiar a enerxía superficial, hai que entender que esas moléculas poden ser eliminadas mediante limpeza e tratamento, substituídas ou manipuladas doutro xeito para producir diferentes niveis de enerxía superficial e conseguir os resultados desexados.Para controlar a enerxía superficial, débese medir durante todo o proceso de cambio da química da superficie para determinar cando e canto.Deste xeito, pódese obter a cantidade precisa de enerxía superficial necesaria no momento oportuno durante o proceso de adhesión ou limpeza.
Para comprender como as moléculas realizan o traballo de construír enlaces fortes e limpar químicamente superficies, necesitamos comprender a atracción que une as moléculas e constitúe a enerxía libre total da superficie dispoñible.
Cando falamos da enerxía da superficie, estamos a falar da capacidade desa superficie para facer traballo.Literalmente, esta é a capacidade da superficie para mover moléculas; este movemento require enerxía.É importante lembrar que unha superficie e as moléculas que compoñen a superficie son iguais.Sen moléculas, non hai superficie.Se non hai enerxía, estas moléculas non poden completar o traballo de adsorción sobre o adhesivo, polo que non hai unión.
Polo tanto, o traballo é directamente proporcional á enerxía.Máis traballo require máis enerxía.Ademais, se tes máis enerxía, o teu traballo aumentará.A capacidade dunha molécula para funcionar vén da súa atracción por outras moléculas.Estas forzas de atracción proceden de varias formas diferentes nas que interactúan as moléculas.
Fundamentalmente, as moléculas interactúan porque teñen moléculas cargadas positiva e negativamente e atraen cargas opostas entre as moléculas.Unha nube de electróns flota arredor da molécula.Debido a estes electróns en constante movemento, a molécula ten unha carga variable nunha molécula dunha área determinada.Se todas as moléculas teñen unha carga uniforme ao seu redor, ningunha molécula se atraerá entre si.Imaxina dous rodamentos de bolas, cada rodamento de bolas ten unha distribución uniforme de electróns na súa superficie.Ningún dos dous se atraerá porque ambos teñen unha carga negativa e non se pode atraer ningunha carga positiva.
Afortunadamente, no mundo real, estas nubes electrónicas están en constante movemento, e hai áreas con cargas positivas ou negativas en calquera momento.Se tes dúas moléculas con electróns cargados aleatoriamente arredor delas en calquera momento, terán unha pequena atracción entre elas.A forza xerada pola redistribución aleatoria de cargas positivas e negativas na nube de electróns arredor da molécula chámase forza de dispersión.
Estas forzas son moi débiles.Independentemente da estrutura ou composición da molécula, existe unha forza de dispersión entre todas as moléculas, que é directamente oposta á forza polar xerada pola estrutura da molécula.
Por exemplo, a forza de dispersión é a única forza que existe entre as moléculas de nitróxeno.A temperatura ambiente, o nitróxeno é un tipo de gas, porque a forza de dispersión é demasiado débil, non pode resistir as vibracións térmicas mesmo á temperatura máis moderada e non pode manter as moléculas de nitróxeno xuntas.Só cando eliminamos case toda a enerxía térmica arrefriándoa por debaixo dos -195 °C, o nitróxeno vólvese líquido.Unha vez que a enerxía térmica é suficientemente reducida, a forza de dispersión máis débil pode superar a vibración térmica e unir as moléculas de nitróxeno para formar un líquido.
Se observamos a auga, o seu tamaño e masa molecular son similares aos do nitróxeno, pero a estrutura e composición das moléculas de auga son diferentes ás do nitróxeno.Dado que a auga é unha molécula moi polar, as moléculas atraeranse moi fortemente e a auga permanecerá líquida ata que a temperatura da auga supere os 100 °C.A esta temperatura, a enerxía térmica vence á molecular Coas forzas polares unidas, a auga convértese nun gas.
O punto clave para comprender é a diferenza de forza entre a forza de dispersión e a forza polar que atrae as moléculas entre si.Cando falamos da enerxía superficial producida por estas forzas de atracción, téñao en conta.
A enerxía superficial dispersa forma parte da enerxía superficial, que se xera pola dispersión de nubes electrónicas nas moléculas da superficie do material.A enerxía total da superficie é unha expresión atractiva da atracción das moléculas entre si.As enerxías superficiais dispersas forman parte da enerxía total, aínda que sexan compoñentes débiles e fluctuantes.
Para diferentes materiais, a enerxía superficial dispersa é diferente.Os polímeros altamente aromáticos (como o poliestireno) teñen moitos aneis de benceno e compoñentes de dispersión de enerxía de superficie relativamente grandes.Do mesmo xeito, debido a que conteñen un gran número de heteroátomos (como o cloro), o PVC tamén ten un compoñente de enerxía superficial dispersa relativamente grande na súa enerxía superficial total.
Polo tanto, o papel da enerxía de dispersión no proceso de fabricación depende dos materiais empregados.Porén, dado que a forza de dispersión apenas depende da estrutura molecular específica, a forma de controlalas é moi limitada.
A interacción da desviación de electróns dispersos baseada nestas flutuacións non é a única forma de que as moléculas interactúen entre si.Debido a certas características estruturais que crean outras forzas atractivas entre as moléculas, as moléculas poden interactuar con outras moléculas.Hai moitas formas de clasificar estas outras forzas, como as interaccións ácido-base, onde as moléculas interactúan a través da súa capacidade para aceptar ou doar electróns.
Algunhas moléculas teñen características estruturais que producen dipolos permanentes, o que significa que, ademais da dispersión aleatoria de electróns arredor da molécula, algunhas partes da molécula son sempre máis positivas ou negativas que outras.Estes dipolos permanentes son máis atractivos que as interaccións dispersivas.
Debido á súa estrutura, algunhas moléculas teñen rexións con carga permanente que están cargadas positiva ou negativamente.A enerxía superficial polar é un compoñente da enerxía superficial, que é causada pola atracción destas cargas entre moléculas.
Podemos concentrar facilmente todas as interaccións non dispersivas baixo a protección das interaccións polares.
As propiedades de dispersión dunha molécula están en función do tamaño da molécula, especialmente de cantos electróns e protóns están presentes.Non temos moito control sobre o número de electróns e protóns, o que limita a nosa capacidade de controlar o compoñente de dispersión da enerxía superficial.
Non obstante, a compoñente polar depende da posición dos protóns e dos electróns, a forma da molécula.Podemos cambiar a distribución de electróns e protóns mediante métodos de tratamento como o tratamento con coroa e o tratamento con plasma.Isto é semellante a como podemos cambiar a forma da arxila de bloque, pero sempre manterá a mesma calidade.
As forzas polares son moi importantes porque forman parte da enerxía superficial que controlamos cando realizamos tratamentos de superficie.A atracción dipolo-dipolo é a causa dunha forte adhesión entre a maioría dos adhesivos, pinturas e tintas e superficies.A través da limpeza, tratamento de chama, tratamento de coroa, tratamento con plasma ou calquera outra forma de tratamento de superficie, podemos aumentar fundamentalmente o compoñente polar da enerxía superficial, mellorando así a adhesión.
Ao usar o mesmo lado do paño IPA dúas veces na mesma superficie, só se poden introducir na superficie substancias de baixa enerxía para reducir sen querer a compoñente polar da enerxía superficial.Ademais, a superficie pode ser tratada en exceso, o que se volatiliza e reduce a enerxía superficial.Cando a superficie non se produce en absoluto, a compoñente polar da enerxía superficial tamén cambiará.Unha superficie de almacenamento limpa atrae moléculas do medio, incluídos os materiais de envasado.Isto cambia a paisaxe molecular da superficie e pode reducir a enerxía superficial.
Apenas podemos controlar o tamaño da dispersión.Estas forzas son basicamente fixas, e hai pouco valor tentar cambiar a forza de dispersión como medio para controlar a calidade da superficie para conseguir unha adhesión fiable durante o proceso de fabricación.
Cando deseñamos ou modificamos a superficie, estamos deseñando as propiedades da compoñente polar da enerxía superficial.Polo tanto, se queremos desenvolver un proceso de tratamento de superficie para controlar a superficie do material, entón queremos controlar a composición polar da superficie.
A enerxía libre superficial é a suma de todas as forzas individuais que actúan entre as moléculas.Existen algunhas fórmulas para a enerxía libre de superficie.Se decidimos tratar todas as forzas non dispersivas como forzas polares, o cálculo da enerxía libre superficial é sinxelo.A fórmula é:
Na fabricación de produtos fiables, tratamento de superficie, limpeza e preparación, a enerxía libre da superficie é a mesma que a enerxía superficial.
Debido aos requisitos de produción implicados en varios procesos, como o rendemento de adhesión da unión, a correcta adhesión da tinta sobre o plástico ou o rendemento do revestimento do revestimento "autolimpo" na pantalla do teléfono intelixente, todo depende do control. das propiedades da superficie.Polo tanto, é moi importante comprender a enerxía superficial como consecuencia do concepto de fabricación.
A enerxía superficial provén das diferentes formas en que as moléculas se atraen.As interaccións polares entre moléculas son as máis importantes para o proceso de adhesión e limpeza, xa que estas interaccións a nivel molecular son as interaccións moleculares que máis podemos controlar mediante o tratamento da superficie, a moenda, o lixado, a limpeza, o limpado ou calquera outro método de preparación da superficie.
O coñecemento da polaridade e composición da dispersión e da tensión superficial é moi importante para o desenvolvemento de adhesivos, tintas e revestimentos.Non obstante, para os produtos fabricados con adhesivos, tintas, pinturas e revestimentos, normalmente só hai que prestar atención á compoñente polar da enerxía superficial, porque é a que se ve afectada polo proceso de fabricación.
A medición da enerxía total da superficie é un proceso relativamente complexo e propenso a erros.Non obstante, o ángulo de contacto dun só líquido como a auga está case enteiramente determinado pola compoñente polar da enerxía superficial.Polo tanto, medindo o ángulo producido pola altura dunha gota de auga na superficie, podemos coñecer cunha precisión sorprendente como cambia a compoñente polar da enerxía superficial.Xeralmente, canto maior sexa a enerxía superficial, menor será o ángulo causado polas pingas de auga que se atraen e se estenden ou mollan.A baixa enerxía superficial fará que a auga se encolle e se encolle en pequenas burbullas na superficie, formando un ángulo de contacto maior.A consistencia desta medición do ángulo de contacto está relacionada coa enerxía superficial e, polo tanto, co rendemento de adhesión, o que proporciona aos fabricantes unha forma fiable e repetible de garantir a resistencia dos seus produtos.
Para obter máis información sobre o control do proceso de fabricación para conseguir resultados máis previsibles, descarga o noso libro electrónico gratuíto: Verificar a adhesión previsible na fabricación durante o proceso.Este libro electrónico é a túa guía para o seguimento do proceso mediante análises preditivas, un proceso que elimina todas as suposicións sobre o mantemento da calidade da superficie durante todo o proceso de unión.
Hora de publicación: 29-mar-2021