Koja je razlika između površinske slobodne energije i površinske energije?U konačnici, ovo je čisto semantičko pitanje.Površinska slobodna energija je slobodna energija u određenom prostoru (površini materijala).U najčišćem smislu termodinamike, slobodna energija odnosi se na energiju koja se može koristiti za rad, izazivanje učinaka i pokretanje nečega.Površinska slobodna energija povezana je s energijom koja se može izvršiti na površini materijala.
Za proizvođače i sve koji su uključeni u prianjanje, čišćenje, lijepljenje, premaze, boje i formulacije boja, brtvljenje ili bilo koji drugi proces koji uključuje interakciju površina s drugim površinama ili njihovim okolišem, površinska slobodna energija obično se skraćuje samo na površinsku energiju.
Površine su kritične za sve gore navedene procese, pa čak i ako imaju izravan utjecaj na učinak proizvođača proizvoda u svim industrijama, često se ne mjere i stoga ne kontroliraju.
Kontrola površine u proizvodnji odnosi se na kontrolu površinske energije korištenih materijala.
Površina se sastoji od molekula koje međusobno kemijski djeluju i od molekula koje čine površinu drugih materijala s kojima dolaze u dodir.Kako bi se promijenila površinska energija, mora se shvatiti da se te molekule mogu ukloniti čišćenjem i tretmanom, zamijeniti ili na drugi način manipulirati kako bi se proizvele različite razine površinske energije i postigli željeni rezultati.Kako bi se kontrolirala površinska energija, mora se mjeriti tijekom cijelog procesa promjene kemije površine kako bi se odredilo kada i koliko.Na taj način se može dobiti točna količina potrebne površinske energije u odgovarajućem trenutku tijekom procesa lijepljenja ili čišćenja.
Da bismo razumjeli kako molekule obavljaju posao izgradnje jakih veza i kemijskog čišćenja površina, moramo razumjeti privlačnost koja privlači molekule zajedno i čini ukupnu slobodnu energiju dostupne površine.
Kada govorimo o energiji površine, govorimo o sposobnosti te površine da izvrši rad.Doslovno, to je sposobnost površine da pomiče molekule - to kretanje zahtijeva energiju.Važno je zapamtiti da su površina i molekule koje čine površinu iste.Bez molekula nema površine.Ako nema energije, te molekule ne mogu dovršiti posao adsorpcije na ljepilo, tako da nema vezivanja.
Stoga je rad izravno proporcionalan energiji.Više rada zahtijeva više energije.Štoviše, ako imate više energije, vaš rad će se povećati.Sposobnost molekule da funkcionira dolazi od njezine privlačnosti prema drugim molekulama.Ove privlačne sile dolaze iz nekoliko različitih načina na koje molekule međusobno djeluju.
U osnovi, molekule međusobno djeluju jer imaju pozitivno i negativno nabijene molekule i privlače suprotne naboje između molekula.Oblak elektrona lebdi oko molekule.Zbog tih stalno pokretnih elektrona, molekula ima promjenjivi naboj u molekuli danog područja.Ako sve molekule imaju jednolik naboj oko sebe, nijedna se molekula neće međusobno privlačiti.Zamislite dva kuglična ležaja, svaki kuglični ležaj ima ravnomjernu raspodjelu elektrona na površini.Ni jedno drugo neće privlačiti jer oboje imaju negativan naboj i ne može se privući pozitivan naboj.
Srećom, u stvarnom svijetu ti elektronički oblaci su u stalnom pokretu iu svakom trenutku postoje područja s pozitivnim ili negativnim nabojem.Ako imate dvije molekule s nasumično nabijenim elektronima oko njih u bilo kojem trenutku, one će imati malu privlačnost između sebe.Sila koja nastaje slučajnom preraspodjelom pozitivnih i negativnih naboja u elektronskom oblaku oko molekule naziva se disperzijska sila.
Te su sile vrlo slabe.Bez obzira na strukturu ili sastav molekule, između svih molekula postoji disperzijska sila, koja je izravno suprotna polarnoj sili koju stvara struktura molekule.
Na primjer, disperzijska sila je jedina sila koja postoji između molekula dušika.Na sobnoj temperaturi, dušik je vrsta plina, jer je sila raspršivanja preslaba, ne može odoljeti toplinskim vibracijama čak ni na najumjerenijoj temperaturi i ne može držati molekule dušika zajedno.Tek kada uklonimo gotovo svu toplinsku energiju hlađenjem na ispod -195°C, dušik postaje tekući.Jednom kada se toplinska energija dovoljno smanji, slabija disperzijska sila može nadvladati toplinsku vibraciju i povući molekule dušika zajedno u tekućinu.
Promatramo li vodu, njezina molekularna veličina i masa slične su onima dušika, ali su struktura i sastav molekula vode drugačiji od onih dušika.Budući da je voda vrlo polarna molekula, molekule će se međusobno jako privlačiti i voda će ostati tekuća sve dok temperatura vode ne poraste iznad 100°C.Na ovoj temperaturi, toplinska energija pobjeđuje molekularnu S polarnim silama koje se drže zajedno, voda postaje plin.
Ključna točka koju treba razumjeti je razlika u snazi između disperzijske sile i polarne sile koja privlači molekule jedna drugoj.Kada govorimo o površinskoj energiji koju proizvode te privlačne sile, imajte to na umu.
Raspršena površinska energija je dio površinske energije, koja nastaje disperzijom elektronskih oblaka u molekulama na površini materijala.Ukupna površinska energija je atraktivan izraz privlačenja molekula jedne prema drugoj.Raspršene površinske energije dio su ukupne energije, čak i ako su slabe i fluktuirajuće komponente.
Za različite materijale dispergirana površinska energija je različita.Visoko aromatični polimeri (kao što je polistiren) imaju mnogo benzenskih prstenova i relativno velike komponente disperzije površinske energije.Slično, budući da sadrže veliki broj heteroatoma (kao što je klor), PVC također ima relativno veliku komponentu dispergirane površinske energije u njihovoj ukupnoj površinskoj energiji.
Stoga uloga disperzijske energije u procesu proizvodnje ovisi o korištenim materijalima.Međutim, budući da disperzijska sila jedva ovisi o specifičnoj molekularnoj strukturi, način njihove kontrole je vrlo ograničen.
Interakcija otklona raspršenog elektrona na temelju ovih fluktuacija nije jedini način na koji molekule međusobno djeluju.Zbog određenih strukturnih značajki koje stvaraju druge privlačne sile između molekula, molekule mogu komunicirati s drugim molekulama.Postoji mnogo načina za klasificiranje ovih drugih sila, kao što su kiselinsko-bazne interakcije, gdje molekule međusobno djeluju putem svoje sposobnosti da prihvate ili doniraju elektrone.
Neke molekule imaju strukturne značajke koje proizvode trajne dipole, što znači da su, osim nasumične disperzije elektrona oko molekule, neki dijelovi molekule uvijek pozitivniji ili negativniji od drugih.Ti trajni dipoli privlačniji su od disperzivnih interakcija.
Zbog svoje strukture, neke molekule imaju trajno nabijena područja koja su ili pozitivno ili negativno nabijena.Polarna površinska energija je komponenta površinske energije, koja je uzrokovana privlačenjem ovih naboja između molekula.
Lako možemo koncentrirati sve nedisperzivne interakcije pod zaštitu polarnih interakcija.
Svojstva disperzije molekule ovise o veličini molekule, posebice o broju prisutnih elektrona i protona.Nemamo puno kontrole nad brojem elektrona i protona, što ograničava našu sposobnost kontrole disperzijske komponente površinske energije.
Međutim, polarna komponenta ovisi o položaju protona i elektrona - obliku molekule.Možemo promijeniti distribuciju elektrona i protona kroz metode obrade kao što su obrada koronom i plazma obrada.To je slično načinu na koji možemo promijeniti oblik blok gline, ali će uvijek zadržati istu kvalitetu.
Polarne sile su vrlo važne jer su dio površinske energije koju kontroliramo kada vršimo površinske tretmane.Dipol-dipol privlačenje je uzrok jakog prianjanja između većine ljepila, boja i boja i površina.Kroz čišćenje, tretman plamenom, tretman koronom, tretman plazmom ili bilo koji drugi oblik površinske obrade, možemo fundamentalno povećati polarnu komponentu površinske energije, čime se poboljšava adhezija.
Korištenjem iste strane IPA maramice dvaput na istoj površini, na površinu se mogu unijeti samo niskoenergetske tvari kako bi se nenamjerno smanjila polarna komponenta površinske energije.Osim toga, površina može biti previše tretirana, što isparava i smanjuje površinsku energiju.Kad se površina uopće ne proizvodi, promijenit će se i polarna komponenta površinske energije.Čista površina za skladištenje privlači molekule u okolišu, uključujući materijale za pakiranje.To mijenja molekularni krajolik površine i može smanjiti površinsku energiju.
Teško da možemo kontrolirati veličinu disperzije.Te su sile u osnovi fiksne i malo je vrijedno pokušavati promijeniti disperzijsku silu kao način kontrole kvalitete površine kako bi se postiglo pouzdano prianjanje tijekom procesa proizvodnje.
Kada dizajniramo ili modificiramo površinu, dizajniramo svojstva polarne komponente površinske energije.Stoga, ako želimo razviti proces površinske obrade za kontrolu površine materijala, tada želimo kontrolirati polarni sastav površine.
Površinska slobodna energija je zbroj svih pojedinačnih sila koje djeluju između molekula.Postoje neke formule za površinsku slobodnu energiju.Ako odlučimo sve nedisperzivne sile tretirati kao polarne sile, izračun površinske slobodne energije je jednostavan.Formula je:
U proizvodnji pouzdanih proizvoda, površinskoj obradi, čišćenju i pripremi, površinska slobodna energija jednaka je površinskoj energiji.
Zbog proizvodnih zahtjeva uključenih u različite procese, kao što je učinak prianjanja spoja, pravilno prianjanje tinte na plastiku ili učinak premaza "samočišćenja" na zaslonu pametnog telefona, sve ovisi o kontroli površinskih svojstava.Stoga je vrlo važno razumjeti površinsku energiju kao posljedicu koncepta proizvodnje.
Površinska energija dolazi od različitih načina na koje se molekule međusobno privlače.Polarne interakcije između molekula najvažnije su za proces prianjanja i čišćenja, jer su te interakcije na molekularnoj razini molekularne interakcije koje najviše možemo kontrolirati obradom površine, brušenjem, brušenjem, čišćenjem, brisanjem ili bilo kojim drugim metodama pripreme površine.
Poznavanje polariteta i sastava disperzije te površinske napetosti vrlo je važno za razvoj ljepila, boja i premaza.Međutim, za proizvode proizvedene korištenjem ljepila, tinte, boja i premaza, obično trebamo obratiti pozornost samo na polarnu komponentu površinske energije, jer je ona pod utjecajem procesa proizvodnje.
Mjerenje ukupne površinske energije relativno je složen proces sklon pogreškama.Međutim, kontaktni kut pojedinačne tekućine poput vode gotovo je u potpunosti određen polarnom komponentom površinske energije.Stoga, mjerenjem kuta koji stvara visina kapljice vode na površini, možemo s nevjerojatnom točnošću znati kako se mijenja polarna komponenta površinske energije.Općenito, što je veća površinska energija, to je manji kut uzrokovan privlačenjem kapljica vode i širenjem ili vlaženjem.Niska površinska energija uzrokovat će nakupljanje vode i skupljanje u male mjehuriće na površini, tvoreći veći kontaktni kut.Dosljednost ovog mjerenja kontaktnog kuta povezana je s površinskom energijom, a time i s učinkom prianjanja, što proizvođačima pruža pouzdan i ponovljiv način da osiguraju čvrstoću svojih proizvoda.
Da biste saznali više o kontroli procesa proizvodnje kako biste postigli predvidljivije rezultate, preuzmite našu besplatnu e-knjigu: Provjerite predvidljivo prianjanje u proizvodnji kroz proces.Ova e-knjiga je vaš vodič za praćenje procesa pomoću prediktivne analitike, procesa koji eliminira sva nagađanja o održavanju kvalitete površine tijekom cijelog procesa lijepljenja.
Vrijeme objave: 29. ožujka 2021