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Tensión superficial y energía superficial libre

Tensión superficial y energía superficial constituyen dos valores importantes para resolver los problemas de adhesión.

Tensión superficial

Llevar a cabo un analisis correcto del valor de tensión superficial sirve para resolver problemas de adhesión en numerosos ámbitos, como por ejemplo: industria electrónica, de moldeo, farmacéutica, petrolquímica, química, textil, cosmética, alimentaria, óptica, automovilística y packaging.

Para entender el concepto de tensión superficial, es útil tomar en consideración el ejemplo del vaso de agua medio lleno.

  • Las moléculas que se encuentran en profundidad en el líquido están completamente rodeadas por sus vecinas con las que forman enlaces. Así, la resultante de todas las fuerzas atractivas procedentes de las moléculas será nula
  • En cambio, las moléculas de agua en la superficie están expuestas al aire por uno de sus lados y forman enlaces sólo con su vecinas en profundidad y en el mismo nivel. En este caso las moléculas se orientan hacia sus vecinas en profundidad.

Al verter una gota de agua en una superficie llana, la gota tenderá a una forma esférica, debido a la fuerza cohesiva entre sus moléculas. Ya hemos especifícado que las moléculas en profundidad sienten la misma attracción hacia todos lados, anulándose. En cambio, las moléculas que están en la parte más superior reciben la attracción de las moleculas que están a sus lados y debajo de ellas.

Este ejemplo sirve para entender que para llevar las moléculas desde el interior hacia la superficie, hay que proporcionarles energía.

Energía superficial

A diferencia de  los líquidos, los sólidos no pueden cambiar de forma; sin embargo, pueden influir en el proceso de adhesión con líquidos.

Los materiales pueden ser de alta, baja o muy baja energía superficial. La energía superficial de materiales como metales, óxidos de metales o vidrio es alta; en cambio, la  energía superficial de la mayoría de los polímeros y de los materiales plásticos en general es baja.

Moléculas dispersas y moléculas polares

En el proceso de adhesión entre un líquido y una superficie sólida, es posible observar la interacción entre moléculas dispersas y moléculas polares. Una diferencia profunda entre el número de moléculas dispersas y el número de moléculas polares cambia totalmente el resultado del proceso de adhesión entre un sólido y líquidos diferentes.

Por ejemplo, al derramar aceite en una sartén antiadhesiva de teflon (también conocido como politetrafluoroetileno), el aceite se adhiere a la sartén rápido y uniformemente, ya que la composición química de los dos elementos favorece la formación de un enlace químico. Diferentemente, al derramar agua en la misma sartén, se observa que el líquido se contrae, formando pequeñas gotas. Ya que los dos elemento se caracterizan por diferentes niveles de polaridad, tienen dificultad para formar un enlace químico.

Tensión superficial y energía superficial se relacionan por medio de la Ecuación de Dupré:

  • Un líquido se adhiere a un sólido si el valor de tensión superficial del líquido es menor de la energía superficial del solido
  • Un líquido no se adhiere a un sólido si el valor de energía superficial es menor del valor de la tensión superficial.

Los Tratamientos con Corona y con Plasma permiten aumentar la energía superficial de los materiales, favoreciendo la capacidad de un líquido de adherirse completamente a una superficie llana y horizontal, con el objetivo de mejorar su valor de adhesión.