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Determinação do trabalho máximo de adesão de certos líquidos

Artigo 34 de 94

OBJECTIVO:

Os líquidos (ex. tintas, colas, vernizes) executam um trabalho de adesão à sua base sólida quando em contacto. Em muitos casos, se pretendermos maximizar a força de adesão entre um
líquido e um determinado substrato sólido, é necessário
conhecer o trabalho óptimo de adesão do nosso líquido, à superfície escolhida. No exemplo dado, testaram-se tintas com pigmentos de diferentes cores (vermelho, amarelo e azul) para molhar uma folha (com o mais alto possível “trabalho de adesão”), a fim de imprimir a folha
permanentemente.
No caso do presente exemplo, a energia livre de superfície da película é de 40 mN / m, com uma contribuição polar de
10 mN / m. As tintas têm as seguintes tensões superficiais ( determinadas por medições da tensão interfacial no ar e num segundo solvente, por meio do
método de gota pendente):

tinta vermelha = 39,0 mN / m; polar 9,0 mN / m
tinta amarela = 44,0 mN / m; polar 9,0 mN / m
tinta azul = 40,5 mN / m; polar 9,5 mN / m

MÉTODO:

O método segue o cálculo de acordo com
Owens-Wendt-Rabel-Kälble (WORK). (Os símbolos são explicados
no final do texto):

01

O trabalho de adesão segundo WORK é
descrito pela seguinte equação:

02

As propriedades da superfície são divididas em:

03

De (2) e (3) tiramos o trabalho de adesão: (4)

04

 

Para determinadas superfícies, 0506 são constantes; para um trabalho de adesão constante, obtém-se uma função 07 se 08.

 

09

 

11

Esta equação multiparamétrica pode ser usada para gerar os chamados, “isograms” de trabalho de adesão de líquidos
(de uma gama de tensões superficiais em função da sua componente polar) em contacto com uma determinada superfície. A fig. 1 mostra dez desses isograms
(Como isobars num mapa meteorológico) correspondente ao “trabalho” de 40 a 85 mN / m. Cada isogram de trabalho inclui
um mínimo, descrevendo a menor tensão superficial, para um grau definido de polaridade que corresponde a esse nível de trabalho. Um líquido com estes parâmetros
(tensão superficial vs. parte polar) irá exercer um máximo de força adesiva numa dada superfície.

GRAFICO

Graf1

Fig.1: Isolinhas para os valores do exemplo

 

Fazendo a derivada (5) = 0, pode calcular-se o valor mínimo da polaridade para um dado trabalho de adesão.
Para este valor verifica-se a seguinte igualdade:

11

Para cada nível do trabalho de adesão pode identificar-se um valor de
polaridade (parte polar da tensão superficial total) a partir do mínimo na isobarra e a
tensão superficial correspondente, combinação que irá originar um valor óptimo de adesão.
Traçando uma linha reta através destes mínimos consegue-se a força de adesão ideal para cada nível de trabalho de adesão e uma gama de desempenho aceitável (+/-% do valor óptimo proposto. A Fig. 2 inclui uma representação desta zona, no interior da qual o líquido adere de forma aceitável.

Graf2

Fig. 2: Diagrama de isograms (azul) do trabalho de adesão com o envelope de molhagem (vermelho) e o corredor de adesão óptima (verde) bem como os valores das três tintas.

Legenda

R-Tinta Vermelha
B- Tinta Azul
Y- Tinta Amarela

 

12_Wa : Trabalho de adesão

13_6s : Energia Livre de superfície do sólido

14 = Energia livre de superfície; componente dispersa

15= Energia livre de superfície; componente polar

16_6l : Energia Livre de superfície do líquido

17=Tensão superficial; componente dispersa

18= Tensão superficial; componente polar

19= Ângulo de contacto

RESULTADOS:

Os resultados da fig. 2 mostram que a
tinta azul (B) tem boas propriedades adesivas, ficando perto da linha recta ideal. A tinta azul também tem um comportamento excelente na molhagem (perto de 00 de ângulo de contacto), devido à sua baixa tensão superficial. A tinta vermelha também está perto da linha óptima, mas como pode se pode pela sua elevada tensão superficial e pela posição
nos envelopes de molhagem (aprox. 30º)
tem um limitado comportamento no espalhamento. A tinta amarela
terá uma melhor tendência para se espalhar do que a tinta vermelha (tensão superficial e ângulo de contacto ângulo inferiores, como indicado pelo envelope) mas tem más propriedades adesivas (está fora da
zona aceitável) como resultado da sua relativamente baixa componente polar.

SUMÁRIO:

Este método usa uma oportunidade única para resolver os problemas relativos à aderência dos líquidos em sólidos, de uma forma rápida e de baixo custo. fornece uma forma fácil para determinar que
mistura de líquidos e sólidos aderem da forma necessária. Por exemplo, revestimento, impressão e fixação (colagem) de superfícies.
Para otimizar o trabalho de adesão há duas
possibilidades; por um lado, o líquido pode ser modificado em relação ao seu comportamento polar em relação à componente dispersa.
Por outro lado, é possível tratar uma superfície sólida, p. ex., por tratamento por plasma para aumentar a sua polaridade.

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