Parte 1: Energía superficial frente a tensión superficial
Los efectos de un objeto sólido al entrar en contacto con un fluido generan diferentes reacciones que se relacionan con la morfología y la estructura molecular tanto a nivel microscópico como macroscópico. Estos factores incluyen la rugosidad de la superficie del sustrato y las fuerzas intermoleculares dentro del fluido (los enlaces de hidrógeno y las fuerzas de Van der Waals) que nos dan una buena primera aproximación de la capacidad potencial de unión entre un adhesivo y sólido. Dado que muchas de estas características vitales se encuentran a nivel molecular, resulta algo difícil predecir cómo sería un adhesivo ideal. La capacidad de un adhesivo para extenderse sobre una superficie (también conocida como humectación) es probablemente la mejor y más sencilla manera de identificar un adhesivo adecuado para un sustrato específico. Idealmente, un sustrato con alta energía superficial, combinado con un adhesivo de baja tensión superficial, tendrá buenas características de humectación, como se muestra en la figura 1 a continuación.
La goniometría del ángulo de contacto es una técnica que mide el ángulo de contacto entre un fluido (el adhesivo) y un sólido (el sustrato). Un ángulo de contacto menor se correlaciona con un mayor grado de humectación. Por regla general, cuando 10° < Ɵ < 90°, la humectación es favorable, mientras que los ángulos donde Ɵ > 90° dan lugar a una humectación deficiente.
Una buena humectación se logra con un adhesivo que posea la estructura molecular y morfología adecuadas, así como con una correcta preparación de la superficie, donde el sustrato se limpia adecuadamente y se trata posteriormente para aumentar la energía superficial total. La segunda parte de este documento técnico abordará las técnicas de pretratamiento de superficies utilizadas para mejorar la humectación de los adhesivos y la adhesión subsiguiente.
Parte 2: Preparación de la superficie
El primer paso, y probablemente el más importante, de preparación de la superficie es la limpieza. Los contaminantes como aceites, grasas, fundentes, polvo y subproductos de corrosión pueden afectar negativamente el contacto entre el sustrato y el adhesivo, reduciendo así la capacidad del adhesivo para saturar la superficie. Antes de cualquier tratamiento superficial posterior, todas las impurezas deben eliminarse de la superficie como primer paso. Por ejemplo, al lijar antes de limpiar cualquier aceite o grasa en una superficie porosa, los contaminantes pueden penetrar más profundamente en el sustrato y causar problemas de adhesión una vez que el aceite se desgasifica en la superficie. Al elegir los agentes de limpieza correctos, se deben considerar tanto el material del sustrato como la fuente de contaminación. Los disolventes orgánicos como las cetonas son excelentes contra contaminantes polares como las sales de fundente; sin embargo, pueden corroer ciertos termoplásticos, provocando que se ablanden o se opaquen. MG Chemicals tiene una extensa línea de limpiadores que sean adecuados para una variedad de sustratos y fuentes de contaminación diferentes.
En algunos casos, la limpieza por sí sola no basta para obtener una superficie adecuada para la adhesión. En esos casos, es necesario tratar la superficie con diferentes métodos, que podemos clasificar como mecánicos, químicos y físicos.
Método Mecánico
Los métodos de pretratamiento mecánico aumentan la superficie del sustrato, lo que proporciona al adhesivo más puntos de contacto para adherirse a él. La forma más sencilla de aumentar la superficie es mediante el lijado; sin embargo, el pulido por vibración y el arenado son otras opciones cuando se dispone de equipo especializado. Algunas desventajas de los métodos mecánicos son que requieren visión directa y que los residuos generados deben eliminarse de la superficie, lo que añade tiempo y mano de obra al proceso.
Grabado químico
En esta técnica, el sustrato se sumerge en un baño líquido que ataca la superficie, creando imperfecciones similares a las de los métodos mecánicos. En superficies metálicas, los ácidos provocan picaduras y generan grupos hidróxido que pueden unirse covalentemente al adhesivo para formar enlaces adhesivos. Los plásticos se pueden grabar utilizando disolventes orgánicos fuertes, como cetonas y ésteres, para aumentar la energía superficial.
Método físico
Las técnicas empleadas en este método incluyen el tratamiento con plasma, llama y descarga corona. El grabado con plasma modifica la reactividad química de los átomos en la capa más externa del sustrato, permitiendo la formación de enlaces covalentes entre la superficie y el adhesivo. El tratamiento con llama logra el mismo objetivo, pero utiliza una reacción de combustión en lugar de gas ionizado para alterar la química de los átomos de la superficie. Por último, el tratamiento con descarga corona emplea una descarga de alta frecuencia que descompone las moléculas de oxígeno en oxígeno atómico, el cual puede reaccionar químicamente con los tratamientos superficiales, incluyendo recubrimientos y adhesivos.
Promotores
Los promotores de adhesión son sustancias que se aplican sobre el sustrato antes de aplicar un recubrimiento o adhesivo. Estos compuestos se adhieren fuertemente al sustrato y a la capa superior, pero carecen de las propiedades curadas de esta última y, por lo tanto, no pueden usarse como producto independiente. Se debe prestar especial atención al tipo de sustrato, ya que la eficacia del promotor de adhesión varía según las diferentes superficies. Un silano, por ejemplo, es muy eficaz para la adhesión al vidrio, pero no es un promotor de adhesión ideal para el metal, que a menudo utiliza compuestos epoxi o alquídicos como promotores. Los formuladores de productos terminados, como adhesivos y recubrimientos, suelen añadir promotores de adhesión a sus formulaciones para ofrecer productos listos para usar con adhesión sin imprimación, lo que facilita su uso. MG Chemicals cuenta con varios productos listos para usar. formulaciones adhesivas que se adhieren a diversos sustratos como vidrio, metal, madera y plástico.
Más Información
Referencias
Licari, JJ, & Swanson, DW (2016). Tecnología de adhesivos para aplicaciones electrónicas: materiales, procesamiento, fiabilidad (materiales y procesos para aplicaciones electrónicas) (2.ª ed.). William Andrew.
Manual de adhesivos y selladores (Manuales de McGraw-Hill) por Edward Petrie (2 de enero de 2007). (2022). McGraw-Hill Education.
Petrie, E. (2010). Formulaciones de adhesivos epoxi. McGraw-Hill Professional Publishing.
