Cuando nos disponemos a pegar dos sustratos, el objetivo que perseguimos es que el pegado se realice con éxito. De eso no cabe duda. Sin embargo, para conseguir una adhesión es necesario analizar la relación entre dos variables: la tensión superficial y la energía superficial. A continuación, definimos estos fenómenos y te contamos cómo influyen en el pegado de superficies utilizando adhesivos hotmelt.
¿Qué es la adhesión? La Real Academia Española define este concepto en su segunda acepción como la “fuerza de atracción que mantiene unidas moléculas de distinta especie química”.
Al respecto, José Ángel Garde Belza, del departamento Tecnologías del Envase del centro tecnológico Ainia, mantiene en la Guía Técnica de Envase y Embalaje que existen diversas teorías para interpretar el fenómeno de la adhesión.
Una de ellas se refiere a la teoría de la adsorción termodinámica o de la humectación, según la cual la adhesión es el resultado de la interacción física de las superficies en contacto por el efecto del mojado.
Es aquí donde entra en juego otro concepto: la humectabilidad, de gran importancia para todo tipo de tratamientos superficiales como la impresión, el barnizado y el encolado, y que depende de la tensión superficial del líquido, en nuestro caso el adhesivo hotmelt, y de la energía superficial del sólido, es decir, de los sustratos a pegar.
Tensión superficial y energía superficial
La tensión superficial y la energía superficial son dos fenómenos que influyen directamente en el pegado de dos sustratos.
En física, la tensión superficial de un líquido, en nuestro caso del adhesivo hotmelt o adhesivo de base acuosa, se refiere a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área y contrarrestar las fuerzas intermoleculares en la superficie que generan una atracción hacia el interior. En otras palabras, es la resistencia que un líquido presenta a la penetración de su superficie.
Por tanto, cuanto menor sea la tensión superficial, más tendencia tendrá el líquido a formar una esfera, que es la forma que asegura una menor relación área/volumen.
La tensión superficial es la cantidad de energía necesaria para aumentar la superficie del líquido, es decir, del adhesivo hotmelt o acuoso
Por su parte, la energía superficial de un sólido es el grado de atracción o repulsión que la superficie de un material ejerce sobre otro. Así, cuanto mayor sea la energía superficial de los sustratos a pegar, mayor será la adhesión.
La energía superficial es el grado de atracción o repulsión que la superficie de un material ejerce sobre otro
¿Cómo conseguir un buen pegado?
Para conseguir un pegado óptimo, el sustrato a pegar debe tener una energía superficial superior a la tensión superficial del adhesivo, consiguiendo así una buena humectabilidad o mojado; mientras que el adhesivo termofusible ha de tener una tensión superficial inferior a la energía superficial de los sustratos para favorecer la humectación de este.
Se considera que un líquido moja a un sólido cuando el ángulo de contacto ß (ángulo entre la superficie y el lado de la gota) es inferior a 90º. Si ß es más grande, la gota presentará una forma muy redonda, por lo que la energía superficial del sustrato será demasiado baja y, por tanto, la humectabilidad también. Por el contrario, si ß es pequeño, la gota será plana, la energía superficial del sustrato será alta y la humectabilidad buena
MOJADO DEFICIENTE MOJADO PARCIAL MOJADO TOTAL
Por ejemplo, si queremos pegar con un adhesivo de base acuosa un material de PVC rígido que tiene una energía superficial de 39 dinas/cm (ver tabla más adelante), debemos asegurarnos de que nuestro adhesivo tenga una tensión superficial inferior a 39 dinas/cm y mejor si está como mínimo 3-4 dinas/cm por debajo, de lo contrario no humectará bien y por tanto el pegado será deficiente.
Otra opción sería aumentar la tensión superficial del material a pegar (en el ejemplo sería el PVC) mediante la aplicación de un tratamiento corona, que es un bombardeo electrónico, o un tratamiento a la llama, o al láser, etc…, lo que hacen es orientar todas las cargas eléctricas del material en la misma dirección y ese hace que suba su energía superficial.
¿Cómo medimos la tensión superficial?
En el mercado existen disoluciones coloreadas o rotuladores con las que podemos medir la tensión superficial. si utilizamos rotuladores, aplicaremos una línea sobre la superficie del material a medir y, si el líquido permanece sin retracción más de 2 segundos, sabremos que la energía superficial del material es igual o superior a la tensión superficial de la solución aplicada.
En este caso, deberíamos probar soluciones de mayor tensión superficial para determinar el valor de energía superficial del material.
Si, por el contrario, se formasen gotas, sería necesario probar otras soluciones con valores de tensión superficial inferiores hasta encontrar el valor en el que el líquido permaneciese sin retracción más de 2 segundos.
¡Pongamos un ejemplo! Si una gota de agua con una tensión superficial de 72 dinas/cm y una temperatura de 25 °C se coloca sobre una superficie perdiendo su forma esférica y extendiéndose creando una película, el material tendrá una energía superficial de 72 dinas/cm como mínimo.
Energía superficial < 72 dinas/cm Energía superficial ≥ 72 dinas/cm
Por tanto, para garantizar un correcto pegado de dos sustratos es necesario que ambos tengan, como mínimo, una energía superficial de 38 dinas/cm.
¿Sabías que nosotros mismos podríamos fabricarnos algunas disoluciones de tensión superficial conocida desde 30 a 56 dinas/cm? Para ello, aplicaremos la norma ASTM D2578 desarrollada por AENOR, la cual permite mezclar diversas proporciones de formamida y de 2-etoxietanol (etil cellosolve).
Sustratos conflictivos
Como se observa en la tabla que mostramos a continuación, los sustratos más conflictivos suelen ser los plásticos. El polietileno y polipropileno, en concreto, son los materiales más complicados.
| MATERIAL | ENERGÍA SUPERFICIAL (dinas/cm) |
| Cobre | 1.103 |
| Aluminio | 840 |
| Acero inoxidable | 700 – 1.100 |
| Cristal | 250 – 500 |
| Madera | 40 – 50 |
| Policarbonato PC | 46 |
| Poliéster | 41 – 48 |
| PET | 41 – 48 |
| Pintura Epoxi | 43 |
| Pintura de poliuretano | 43 |
| ABS | 35 – 42 |
| PVC Rígido | 39 |
| PVA | 37 |
| Poliestireno | 36 |
| EVA | 33 |
| Polietileno (PE) | 30 – 31 |
| Polipropileno (PP) | 29 – 31 |
Para aumentar la energía superficial de los materiales anteriormente citados es necesario someterlos a tratamientos previos cuya efectividad disminuye con el tiempo. Por ello, lo ideal es que la energía superficial sea inicialmente bastante alta (superior a 44 dinas/cm) para evitar cualquier problema que pueda surgir.
Tras la lectura de este artículo sabremos que:
- Cada superficie y cada líquido tienen una tensión superficial particular. Por tanto, para garantizar una buena adhesión, la tensión superficial del material tendrá que ser mayor que la del adhesivo.
- Cuanto menor sea la tensión superficial, más tendencia tendrá el adhesivo a formar una esfera, forma que asegura una menor relación área/volumen, por tanto, menor será la adhesión.
- Cuanto mayor sea la energía superficial de los sustratos a pegar, mayor será la adhesión.
- Cuando el sustrato que queremos pegar posee una alta energía superficial, es decir, que tiene gran capacidad para atraer, y el adhesivo hotmelt dispone de una baja tensión superficial o, lo que es lo mismo, poca resistencia a deformarse o romperse, se producirá un correcto mojado del adhesivo sobre el sustrato, lo que redundará en un pegado efectivo.
Si tienes alguna duda sobre estos dos fenómenos, puedes ponerte en contacto con nosotros a través de marketing@productoscolcar.com ¡Intentaremos resolverte cualquier cuestión!
