Tensión superficial
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Tensión superficial
Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido, son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. Todas las moléculas que se componen de una sustancia líquida interaccionan de alguna manera entre ellas y se atraen. De las moléculas de un líquido, solo aquellas que están en la superficie, están sujetas a fuerzas intermoleculares que no son simétricas, como sucede con las moléculas que están dentro del líquido. El resultado es que la superficie de un líquido se encuentra en un estado particular, y todo el líquido se comporta como si estuviera envuelto por una película elástica muy delgada y estirada.Tensión superficial, propiedad de un líquido que hace que se comporte como si su superficie estuviera encerrada en una lámina elástica
Las fuerzas atractivas entre las moléculas de un líquido, se pueden considerar como fuerzas electrostáticas residuales y algunas veces son llamadas fuerzas de van der Waals o adherencia van der Waals.
Tensión superficial o energía superficial
Es una cantidad termodinámica definida como trabajo necesario para aumentar isotérmicamente el área superficial de un líquido. La tensión superficial es una medida directa de las fuerzas intermoleculares en el nivel de la superficie. Debido a la tensión superficial la tendencia de líquidos es reducir su energía tanto como sea posible, luego a para formar gotas. La tensión superficial varía con la temperatura, la composición del flujo y las interacciones entre la aleación de los sustratos. Por estas razones, la tensión superficial de las aleaciones de soldadura fuerte no se conoce con precisión. En general, la tensión superficial tiende a ser menor en el aire que en una atmósfera inerte, La acción del medio ambiente está generalmente determinada por la absorción de vapor en la superficie polimérica, y es lo que lo reduce la tensión superficial. Si la tensión superficial de un líquido, colocada sobre una superficie, es mayor de la del sólido, forma un ángulo de contacto entre la fase sólida y la fase líquida. Cuando el mismo líquido se coloca en super? Ci Con el aumento de la tensión superficial, el ángulo de contacto disminuye.¿Cuáles son algunas de las condiciones principales que afectan la tensión superficial ?
Las características de tensión superficial de una sustancia fluídica permanecen básicamente estables, pero pueden modificarse por variaciones de temperatura, químicos que modifican las características de unión de las moléculas, la oxidación y la presencia de impurezas. Consideremos los efectos de estas cuatro condiciones en la tensión superficial:
Medidor de angulo de gota
- adiciones químicas
- oxidación
- temperatura
- tensioactivo
Adiciones químicas
Agregar productos químicos a un líquido cambiará sus características de tensión superficial. El ejemplo de poner un jabón (un surfactante) en agua para reducir la tensión superficial, lo que permite que la suciedad en las manos se mezcle más fácilmente con el efecto de agregar un químico no relacionado a una sustancia y, por lo tanto, cambiar su tensión superficial del agua.
Oxidación
La oxidación afecta directamente la tensión superficial, a medida que aumenta la tensión superficial, aumentan las fuerzas intermoleculares. Se sabe que el oxígeno en la atmósfera disminuye la tensión superficial de varias sustancias. La presencia de impurezas La presencia de impurezas en la superficie de una sustancia o disuelta en ella afecta directamente la tensión superficial del líquido. La tensión superficial del agua, por ejemplo, aumentará cuando se le agreguen impurezas altamente solubles.
Temperatura
A medida que disminuye la temperatura, aumenta la tensión superficial. Por el contrario, a medida que la tensión superficial disminuye fuerte; a medida que las moléculas se vuelven más activas con un aumento de temperatura que se vuelve cero en su punto de ebullición y desaparece a temperatura crítica.
Tensioactivo
Ahora que hemos considerado los efectos de la variación de temperatura, la adición de productos químicos, la oxidación y la presencia de impurezas en la tensión superficial, tal vez deberíamos considerar el efecto de un tensioactivo a lo largo del tiempo y cómo observamos y medimos este efecto. El tema de las condiciones que afectan la tensión superficial parece ser bastante fácil de entender en este nivel. Estoy seguro de que tan pronto como me sienta cómodo con esta idea, recibiré una pregunta que me vuelve a sacudir.
La tensión superficial, se mide normalmente en dinas/cm
La fuerza que se requiere (en dinas) para romper una película de 1 cm. de longitud. Se puede establecer de forma equivalente la energía superficial en ergios por centímetro cuadrado. La tensión superficial depende de la naturaleza de cada líquido. A la tensión superficial se la define en física como la cantidad de energía necesaria para aumentar la superficie de un líquido y contrarrestar esa fuerza de atracción hacia el interior. El agua a 20°C tiene una tensión superficial de 72.8 dinas/cm comparada con 22.3 para el alcohol etílico y 465 para el mercurio.
Bagnabilità
Una característica clave para obtener un buen enlace entre dos polímeros es la humectabilidad, es decir, la capacidad del polímero fundido en la fase líquida para fluir y difundir durante el proceso de sobreinyección. Una medida de la humectabilidad es el ángulo de contacto formado en la unión de un sólido y un líquido en un entorno particular. En términos termodinámicos, la buena humectabilidad ocurre si hay una disminución neta en la energía libre total cuando se forma la nueva interfaz entre los dos polimeros.Tintas de prueba
Para hacer posible la impresión, pintura y pegado de materiales plásticos particularmente "difíciles" (como poliolefinas y / o ciertos tecnopolímeros), es necesario un tratamiento previo adecuado (por ejemplo, con presión atmosférica o plasma de vacío) para que la tensión superficial alcance un cierto valor. La medición de la tensión superficial se realiza midiendo el ángulo de contacto de un fluido en la superficie del producto o, más rápida y fácilmente, con el uso de tintas de medición de humectación.
La medida es necesaria:
- antes de pintar: las pinturas a base de agua requieren una humectabilidad de al menos 45 mN / m (dina)
- Antes de imprimir: la adhesión de las tintas de impresión requiere una humectabilidad de aprox. 38 mN / m
- Antes de pegar: al menos 42 mN / m
- Después del tratamiento para verificar que se han alcanzado los parámetros anteriores.
Debe recordarse que una buena humectabilidad de las superficies a pegar, imprimir y pintar es una condición necesaria, pero no siempre suficiente, ya veces intervienen otros factores que pueden condicionar la adhesión.
Indicamos las tensiones superficiales intrínsecas de algunos plásticos no tratados:
- Polipropileno 29 mN / m (dina)
- Polietileno 31
- Poliestireno 35
- Poliamida <37
- PBT 34
- Silicona 23
- PVC 38
- PMMA <37
- ABS 36
Mexpolimeros suministra tintas para la prueba de humectabilidad en paquetes de 8 botellas de 30 ml, en la versión estándar desde 30,34,38,40,44,46,52,58 mN/m. A petición también diferentes gradaciones.
Pintura de los plástico
Los fenómenos que ocurren entre la pintura y los plásticos en general se deben en gran medida a las fuerzas que actúan sobre el superficie de estos soportes particulares, que es de ellos tensiones superficiales. Por eso, cuando hablamos de plástico y, sobre todo, de pintar sustratos de plástico, a menudo nos encontramos hablando de tensión superficial. Cada material consta de partículas unitarias (moléculas), en las que está contenido el carácter distintivo del material. Cada una de estas moléculas está rodeada por otras moléculas similares, con respecto a las cuales ejerce una acción atractiva y, a su vez, se ve afectada por una acción similar entre las moléculas que forman el material. La atracción mutua está en equilibrio para todas las moléculas que a su vez están completamente en correspondencia con otras moléculas. En la superficie, la situación es completamente diferente. Las moléculas de superficie ejercen su acción atractiva en todas las direcciones, pero a su vez solo son atraídas hacia el interior. Estas partículas, por lo tanto, no están en equilibrio porque:
- son atraídos por partículas similares solo hacia el interior
- originar un campo de atracción hacia al aire libre
La facilidad con que una pintura se extiende sobre un material define la "humectabilidad" del material. La humectabilidad es buena si una gota de pintura se extiende para formar una película continua, su medición se lleva a cabo determinando la tensión superficial crítica del soporte, es decir, la tensión a la que se extiende espontáneamente un líquido. Cuando la capa de pintura ha entrado en contacto perfecto con la superficie del soporte, se puede generar adhesión formando uniones adhesivas. Cuanto mayor sea el número de enlaces por unidad de área, mayor será la adhesión.
¿Sabia que el agua caliente se congela más rápido que el agua fría?
La tensión de la superficie depende de la naturaleza que tiene cada líquido, del entorno que lo rodea y de la temperatura. Cuando se aplica calor sobre un líquido y aumenta la temperatura, la tensión superficial baja a la vez que las fuerzas de cohesión también se reducen.
Pruebas de dina
Tensión superficial crítica en dinas/cm a 20° a 25°C, generalmente determinada por el método de Zisman (regresión del coseno del ángulo de contacto), o por el método de tensión de humectación, utilizando soluciones de 2-etoxietanol y formamida según ASTM Std. D-2578. Recomendamos realizar pruebas a aproximadamente 20° a 25° Celsius, con una humedad en el rango de 40% a 60% de HR. Es poco probable que algunas variaciones de estas condiciones afecten los resultados de manera significativa, ya que la tensión superficial de los líquidos y la energía superficial de los sólidos se ve afectada de manera similar por los cambios de temperatura, como se muestra en la siguiente tabla. Pero con temperaturas más elevadas, se debe tener precaución. Tenga en cuenta que este análisis asume que tanto la solución de prueba como el sustrato se han estabilizado a la temperatura ambiente elevada. Si esto no se asegura, entonces un componente u otro obviamente se verá más afectado por el cambio de temperatura, y los resultados de la prueba podrían desviarse de los que se obtendrían en condiciones de laboratorio de una manera menos predecible. Sin embargo, las temperaturas elevadas plantean sus propios problemas. Los fluidos de prueba de tensión superficial tenderán a degradarse más rápidamente a temperaturas elevadas.En cuanto a la HR, es mejor evitar la humedad excesiva, ya que puede causar una mayor variabilidad en los resultados de la prueba. Además, si hay algo de humedad en la superficie, se absorberá en la solución de prueba, cambiando su tensión superficial e invalidando la prueba. Especialmente los nylons pueden ser propensos a esto, ya que absorben el vapor de agua más fácilmente que la mayoría de los otros polímeros.
| Polimero | @20 °C in mN/m |
| Politetrafluoroetileno PTFE | 20,0 |
| Poliamida-12 PA-12 | 19,8 |
| Polytrifluoroetileno P3FEt / PTrFE | 23,9 |
| COC | 24,0 |
| Silicona | 24,0 |
| CR | 25,0 |
| NR | 25,0 |
| SBS | 24,0 |
| SEBS | 29,0 |
| Polihetacrilato de metilo PHMA | 30,0 |
| Polipropileno-PP isotáctico | 30,1 |
| Fluoruro de polivinilideno PVDF | 30,3 |
| Poli (metacrilato de terc-butilo) PtBMA | 30,4 |
| Policlorotrifluoroetileno PCTrFE | 30,9 |
| Poliisobutilmetacrilato PIBMA | 30,9 |
| Polibutilmetacrilato PBMA | 31,2 |
| Politetrametileno óxido PTME | 31,9 |
| Poliestireno PS | 33,0 |
| Poliisobutileno PIB | 33,6 |
| Polidimetilsiloxano PDMS | 34,2 |
| PE ramificado con polietileno | 35,3 |
| PE de polietileno lineal | 35,7 |
| Polietilmetacrilato PEMA | 35,9 |
| Acetato de polivinilo PVA | 36,5 |
| Fluoruro de polivinilo PVF | 36,0 |
| POM | 36,0 |
| PBT | 36,7 |
| ASA | 37,0 |
| SAN | 37,0 |
| Polietilacrilato PEA | 37,0 |
| PLA | 38,0 |
| (PVT polivinilolueno) | 39,0 |
| Poliamida-6,6 PA-66 | 41,0 |
| PSU Polisulfona | 41,0 |
| PES | 41,0 |
| Poli-methyl-metilestireno PMS | 40,7 |
| Polimetilacrilato (ácido polimetacrílico) PMAA | 41,0 |
| Poliimide PI | 41,0 |
| Polimetilmetacrilato PMMA | 41,1 |
| PVC cloruro de polivinilo | 41,5 |
| ABS | 42,0 |
| Resina Fenolica | 42,0 |
| PC de policarbonato | 42,1 |
| Polietilenóxido PEO | 42,9 |
| TPC-ET | 44,0 |
| TPU | 45,0 |
| CA | 45,0 |
| Politetrahidrofurano PTHF) | 44,6 |
| Polivinilideno cloruro PVDC | 45,0 |
| Polietilentereftalato PET | 46,5 |
| PPO | 47,0 |