Valutare l’energia superficiale dei materiali

Valutare correttamente l’energia superficiale dei materiali è un processo fondamentale. L’energia superficiale infatti è inversamente proporzionale alla facilità con cui un materiale può essere incollato. Spieghiamoci meglio: più è alta l’energia superficiale di un materiale più gli adesivi avranno efficacia. Al contrario, in presenza di bassa energia superficiale bisogna essere molto cauti nella scelta del corretto adesivo e nella preparazione della superficie per ottenere un risultato soddisfacente.

Ma andiamo per gradi. Iniziamo a comprendere cos’è l’energia superficiale e perché è così importante nel nostro campo.

Cos’è l’energia superficiale: una definizione

L’energia superficiale è una proprietà fisica di ogni materiale. Le molecole superficiali hanno normalmente più energia delle molecole della massa del materiale, quanto più è alta questa energia tanto più facilmente le molecole saranno propense ad attrarsi l’un l’altra e a creare interconnessioni più stabili con altri materiali.

In termini semplicistici misura quindi quanto la superficie di un materiale sia propensa o meno ad “accettare” l’interazione con altri materiali, nel nostro caso con materiali adesivi.

Classificazione dei materiali

L’energia superficiale si misura in dynes/cm e possiamo classificare tre tipologie di materiali.

• ALTA ENERGIA SUPERFICIALE: qui troviamo materiali mediamente tra i 500 e i 1000 dynes/cm. I metalli hanno tipicamente energie superficiali molto alte, non a caso, se correttamente preparati, sono tra i materiali più facili da incollare con i metodi di fissaggio adesivo.

• MEDIA ENERGIA SUPERFICIALE: tra i 50 e i 500 dynes/cm troviamo i materiali che hanno un’energia superficiale media. I materiali tipicamente in questo segmento sono il legno e altri materiali naturali come cemento e pietra.

• BASSA ENERGIA SUPERFICIALE: tra i materiali invece con bassa energia superficiale e quindi più difficili da incollare troviamo le plastiche. Con le dovute distinzioni però: le plastiche in nylon o quelle fenoliche hanno una capacità di adesione decisamente maggiore delle cosiddette plastiche LSE (Low Surface Energy) come polipropilene e polietilene. Giusto per citare due materiali estremamente diffusi in ambito produttivo grazie alla leggerezza e alla duttilità che li contraddistingue.

Come determinare l’energia superficiale: un test semplice

Se ci troviamo quindi di fronte ad un materiale che non conosciamo, sarebbe meglio scoprire il valore dell’energia superficiale e scegliere di conseguenza quale adesivo utilizzare. Se questo dato non è a nostra disposizione, ricordiamoci che c’è un metodo empirico molto semplice che possiamo mettere in pratica per una valutazione di massima. È il test della goccia d’acqua che misura la cosiddetta “bagnabilità” del materiale. Andiamo a vedere di cosa si tratta.

Per determinare empiricamente l’energia superficiale di un materiale è sufficiente che questo sia ben in piano e che gli venga versata su qualche goccia d’acqua. Basterà poi osservare il comportamento del liquido: se la goccia d’acqua rimarrà perfettamente sferica e tenderà a scivolare via senza attaccarsi al materiale, vorrà dire che ci troviamo di fronte ad una bassa energia superficiale perché, riprendendo la spiegazione precedente, le molecole del materiale e del liquido non si legheranno facilmente tra di loro. Se invece il liquido tende a diffondersi uniformemente sul materiale quasi a creare un sottile rivestimento saremo di fronte ad un materiale ad alta energia superficiale e quindi facilmente incollabile.

In tutte le situazioni di mezzo, quindi nel caso di gocce che tendono alla deformazione della loro natura sferica pur senza distribuirsi su tutto il materiale, saremo di fronte ad un’energia superficiale media.

Un metodo descrittivo utile consiste nel valutare che tipo di angolo realizza l’acqua a contatto con la superficie del materiale. In questo schema possiamo infatti vedere come, quando l’acqua tenderà a rimanere sferica, formerà un angolo di contatto di 180°, quando tenderà ad allargarsi, formerà un angolo minore di 90° fino al caso limite della “bagnatura” completa con angolo di contatto pari a 0°.

Consigli per il corretto fissaggio

Dopo aver compreso cos’è l’energia superficiale e aver discusso di come e perché influisce sulle capacità adesive di un materiale, passiamo a presentare qualche breve informazione per la corretta scelta dell’adesivo. In realtà il mercato offre una vasta scelta per tutti i tipi di materiale, composizione chimica delle sostanze adesive e resistenza variano a seconda delle necessità. Basterà fare particolare attenzione nel caso di incollaggio di materie plastiche e prediligere prodotti appositamente progettati come i nastri PSA (Pressure-Senstive Adhesive) e gli adesivi strutturali acrilici che offrono velocità di polimerizzazione e ottima tenuta.

Per il resto valgono le raccomandazioni alla scelta che abbiamo delineato in questo articolo e in particolare: trattare adeguatamente le superfici prima dell’incollaggio. Questo si traduce eventualmente in levigatura, è sempre meglio cercare di mitigare il più possibile le irregolarità; in pulizia, per rimuovere impurità e sporcizia tra lo strato adesivo e la superficie del materiale; infine nell’applicazione di primer specifici e quindi di prodotti pensati appositamente per offrire una pulizia estremamente accurata e favorire un’adesione migliore dell’adesivo.