scf_adesão_2012_1023

1TEORIAS DA ADESO E TRATAMENTOS SUPERFICIAIS

Adeso

Existe adeso entre dois corpos quando se desenvolvem foras capazes de manter uma interfaceestvel

Relevncia da adeso

- Coextruso- Decorao (pintura, impresso)- Metalizao

- Ligao por solvente e adesivos- Soldadura

2Adeso- Mecanismos de adeso

No existe um mecanismo universal Vrios mecanismos podem ocorrer simultaneamente numa ligao

Teoria mecnica

Teoria da difuso

Teoria electroesttica

Teoria da adsoro

Adeso- Teoria mecnica

A adeso ocorre por encaixe mecnico das irregularidades ou poros dos dois materiais

Exemplo: Metalizao do ABSPor tratamento qumico as partculas superficiais de borracha so dissolvidas e o metal fica aprisionado nas cavidades criadas

3Adeso- Teoria mecnica

Segundo a teoria mecnica, uma boa adeso ocorre apenas quando um adesivo penetra nos poros, furos, fendas e outras irregularidades da superfcie de um substrato aderido fazendo o bloqueio mecnico ao substrato. O adesivo deve espalhar no substrato molhado e possuir propriedades reolgicas adequadas para penetrar nos poros e os abrir num tempo razovel.

Adeso- Teoria da difuso

A adeso ocorre por migrao das molculas na interface, entre polmeros miscveis

4Adeso- Teoria da difuso

Parametros que afectam o processo de difuso so: o tempo de contacto, a temperatura, o peso molecular dos polmeros e das formas fsicas (lquido, slido). Polaridade geralmente aumenta a adeso.

A explicao da adeso atravs da teoria da difuso tem encontrado algumas limitaes, nomeadamente quanto o polmero e aderente no so solveis ou o movimento da cadeia do polmero limitada pela sua estrutura altamente reticulada, cristalino, ou quando ele est abaixo da sua temperatura de transio vtrea

Adeso- Teoria da difuso

A adeso ocorre por migrao das molculas na interface, entre polmeros miscveis

Parmetro de solubilidade ():

5,0VV

RTH

=

HV Calor de vaporizao molarR Constante dos gases

Parmetros de solubilidade semelhante Boa miscibilidade

T Temperatura (K)V- Volume molar

5Adeso- Teoria da difuso

Parmetros de solubilidade solventes e polmeros,

Solvente (J/cm3)0,5 Polmero (J/cm3)0,5n-hexanoTetracloreto de carbonoTolueno2-ButanonaBenzenoCiclohexanonaEstirenoClorobenzenoAcetonaTetrahidrofuranoMetanolgua

14,817,618,318,518,719,019,019,419,920,329,747,9

PolitetrafluoroetilenoPoli(dimetilsiloxano)PolietilenoPolipropilenoPolibutadienoPoliestirenoPoli(metilmetacrilato)Poli(cloreto de vinilo)Poli(acetato de vinilo)Poli(etileno tereftalato)Poliamida 6,6Poliacrilonitrilo

12,714,916,216,617,617,618,619,421,721,927,831,5

Adeso- Teoria electrosttica

A adeso devida a foras electrostticas resultantesda transferncia de electres entre o substrato e oadesivo.

6Adeso- Teoria electrosttica

A base da teoria electrosttica a diferenadeelectonegatividades dos materiais a unir. NesteSegundo esta teoria, a fora adesiva atribuda transferncia de electres atravs da interface criandocargas positivas e negativas, que atraem um ao outro.Por exemplo, quando um polmero orgnico postoem contacto com o metal, os electres sotransferidos a partir de metal dentro do polmero com aconsequente criao de uma captao de camadaelctrica dupla (EDL).

Adeso- Teoria electrosttica

Teoria de demonstrao experimental difcil

Quando se separam unies entre metal/polmero a alta velocidade aparecem fascas que sero o resultado das cargas electrostticas, ou criadas na separao da unio

7Adeso- Teoria da adsoro

A adeso promovida por foras de atracointermoleculares (Van der Walls), que operam adistncia muito pequenas (0.3-0.5 nm)

Adeso- Teoria da adsoro

As foras de superfcie mais comuns que formam nainterface adesivo-adherete so as foras de van derWaals. Alm disso, as interaces cido-base eligaes ponte de hidrognio, geralmente consideradaum tipo de interaco cido-base, tambm podemcontribuir para as foras de adeso. Tambm tem sidodemonstrado experimentalmente que o mecanismo deadeso em muitas juntas adesivas apenas envolveforas interfaciais secundrias.


Foras intramoleculares

1. Ligaes qumicas (inica ou covalente)

Foras intermoleculares

1. Foras de ligao ou ponte de hidrognio

2. Foras de Van der Walls


A ligao covalente entre dois tomos iguais ditaapolar, pois nela os electres so compartilhados demaneira igual, nenhum dos tomos tem mais fora queo outro para atrair o electo para si.

Ligaes covalente - Apolar


A ligao covalente entre dois tomos iguais ditaapolar, pois nela os electres so compartilhados demaneira igual, nenhum dos tomos tem mais fora queo outro para atrair o electo para si.

Ligaes covalente - Apolar


A ligao covalente entre dois tomos iguais ditaPolar quando os electres so compartilhados demaneira desigual.

Ligaes covalente - Polar

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Ligaes pontes de hidrognio


Ligaes van der Waals - Apolar

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Ligaes van der Waals - Polar


O que a adsoro?

Adsoro a adeso de molculas de um fluido (o adsorvido) a uma superfcie slida (o adsorvente); o grau de adsoro depende da temperatura, da presso e da rea da superfcie - os slidos porosos so ptimos adsorventes.

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Tenso superficial

Comparao entre as foras de atraco de molculas na superfcie e no interior de um lquido


As molculas situadas no interior de um lquido so, em mdia, sujeitas fora de atrao iguais em todas as direces, ao passo que as molculas situadas, por exemplo, na superfcie de separao lquido-ar esto submetidas fora de atraco no balanceadas ou no-equilibradas, do que resulta uma fora em direco ao interior do lquido. O maior nmero possvel deslocar-se- da superfcie para o interior do lquido; a superfcie tender a contrair-se.

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Teoria aprofundada por Young e Dupr que estudaramos fenmenos de aderncia entre lquidos e slidos

Molhabilidade: facilidade com que um lquido seespalha na superfcie de um slido

Tenso superficial: energia necessria criao deuma interface (medida da intensidade das forasintermoleculares)

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Interaco liquido/substrato

A adeso melhora quando diminui o ngulo de contacto

cosLVSLSV +=(Eq. Young)

SLLSAW +=(Eq. Dupr)

)cos1( += LVAW (Eq. Young-Dupr)


Cos - Reflecte a interaco do lquido com o slido

LV - Propriedade do lquido

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LV

Cos- Microscopia ptica

Medio

Medio

- Vrias tcnicas

rg2h


Tenso superficial critica Experincia de ZISMAN

PTFE 19 mNm-1

gua 72 mNm-1

Glicerol

63 mNm-1Anilina

43 mNm-1Benzeno

29 mNm-1N-Hexano

18 mNm-1

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Tenso superficial criticaMaterial cr

dine/cmPolihexafluoropropilenoPolitetrafluoroetilenoPolietilenoPoliestirenoPoli(lcool de vinilo)Poli(metilmetacrilato)Poli(cloreto de vinilo)Poli(tereftalato de etileno)CelulosePoliamida 6,6EpxidoFibra de carbonogua

10,618,53133373939434546475272


Diminuir a tenso

superficial do lquido

Para que haja adeso necessrio que a tenso superficial do slido (polmero) seja superior do lquido (tinta ou adesivo)

Para alguns polmeros isso no acontece

Aumentar a tenso

superficial do slido

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Adeso- Tratamentos superficiais

Objectivo: melhorar a ligao com o substrato

1- Eliminao de contaminantes da superfcie

2- Criao de grupos qumicos especficos (polares, acido base)

3- Modificar a energia superficial em slidos de baixa energia

Adeso- Tratamentos superficiais

1- Eliminao de contaminantes da superfcie- Aplicao de solventes- Utilizao de abrasivos- Ataques qumicos- Aplicao de primrios

2 - Modificar a energia da superfcie- Chama- Descarga Corona- Plasma de baixa presso

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Adeso- Tratamentos superficiais (Eliminao de contaminantes)

- Remoo de contaminantes da superfcie- Eliminao de substncias de baixo peso molecular

Requisitos: - Elevado poder solvente de leos, gorduras, etc.

- No ser inflamvel nem explosivo

- No reagir com os substratos a ligar

- Quimicamente estvel e no corrosivo

- Cumprir as normas de segurana em vigor

Aplicao de solventes


Aplicao de solventes

Mtodos: - Limpeza com solvente em fase de vapor

- Tratamento em banhos de ultrasons (20 50 khz)- Limpeza manual

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Utilizao de abrasivos

Mtodos: - Abrasivos (lixa)- Jacto de areia

- Remoo de contaminantes da superfcie- Aumento da rugosidade- Remoo da camada fraca


Ataque qumico

Efeitos: Criao de grupos funcionais na superfcie promotores de adeso

Exemplos: - Tratamentos oxidantes (cido crmico, sol.

permanganato de potssio): c/ poliolefinas- Tratamento com solues de sdio: c/ teflon e

poliolefinas fluoradas

- Ciclizao (ac. sulfrico): c/ borrachas- Halogenao: c/ borrachas

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Ataque qumico

Efeito do tratamento de polipropileno com cido crmicoSem tratamento Com tratamento


Aplicao de primrios

Os Silanos so primrios usuados para melhorar a adeso de:- fibras de vidro- substratos metlicos- formulaes de poliuretano e epxidos (aditivo)

O tratamento dos substratos com primrios promove a formao de ligaes qumicas

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Adeso- Tratamentos superficiais (Energticos)

Objectivo:Aumentar a intensidade das foras intermoleculares

Procedimento:1- Fornecer energia superfcie da pea a tratar

2- Quebra das ligaes C-C e C-H

3- Oxidao da superfcie (reaco com o oxignio existente no ar)4- Formao de ligaes ponte de hidrognio


gua mantm-se no estado liquido devido s pontes de hidrognio

H

O HH

HO......

++++

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Como se aumenta a intensidade das foras intermoleculares

C

OH

CH2 CH2 C

O

CH2 CH2


Descarga Corona (CDT Discharge Corona Treatment)

Alta voltagem (20 kV) Alta frequncia (10-20 kHz)

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Descarga Corona

1- Quando sujeito a 20kV a resistncia dielectrica do ar atingia e o ar ioniza-se;

2- D-se a formao de um plasma azulado (descarga corona);3- H transferncia de ies, electres, etc. com energia suficiente para quebrar as ligaes covalentes.


Descarga Corona

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Descarga Corona


Descarga Corona 3DIdeal para garrafas, caixas, cpsulas..

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Descarga Corona Manual


Descarga Corona Parmetros do processo- rea superficial dos elctrodos, - Condies de exposio

LDPE

HDPE

PP

Tempo

Tens

o

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Descarga Corona Efeito da cristalinidade

- Variao da tenso superficial ao longo do tempo

LDPE

Tempo

Tens

o Densidade

Tenso


Descarga Corona Potncia do tratamento

Fora de adeso

Pote

nci

a do

tra

tam

ento

SobretratamentoSubretratamento

Zona de trabalho

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Descarga Corona Sobretratamento

- Oxidao excessiva(Camada fraca de grande adeso e facilmente destrutvel)

- Hidrofilia excessiva(Os grupos polares C=O so hidrfilos. Excessiva humidade enfraquece a adeso)

- M selagem a quente


Chama

Chama oxidante (metano, butano, propano + excesso de O2: - 10 a15%)

Tempo de exposio: 1-2 s Tenso sup. ~40mN/m

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Chama


Chama

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Chama


Chama

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Plasma

- Variante do CDT numa cmara de vcuo

1- Presso de 0.2-2 mbar. Introduo de gs ou istura de gases;

2- Aplica-se uma tenso de alta frequncia;

3- O gs ionizado e forma-se o plasma;

4- H transferncia de ies, electres, etc. com energia suficiente para quebrar as ligaes covalentes;

5- Os compostos volteis so sugados pela bomba.


Plasma

Vantagens: - no contaminante- rpido e eficaz- actua apenas na camada externa (~10 nm)

Gas: ar, O2, N2, He,CF4, H2

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Cus

to re

lativ

o

PlasmaCorona

Chama

Custo e geometria das peas


Eficcia

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Eficcia


Eficcia sobre tratamento e sub tratamento

1- Crosshatch + tape pull-off test

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Eficcia sobre tratamento e sub tratamento

Poor adhesion

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