Adesão em náilon poliamida: ângulo de contato e superfície

União por adesão, ângulo de contato e propriedades de superfície do náilon poliamida

As poliamidas, também conhecidas como náilons, são plásticos de alto desempenho com excelente resistência química. Os náilons são higroscópicos e absorvem umidade do ar. A umidade, por si só, já causa problemas de adesão. O náilon é hidrofóbico e tem baixa molhabilidade superficial. Pergunta – o náilon é hidrofóbico, hidrofílico ou talvez ambos?

Uma poliamida é um polímero que contém ligações amida (–CO-NH–) repetidas. A fabricação dos diferentes tipos de poliamida varia conforme suas unidades monoméricas. Elas podem ser alifáticas, semiaromáticas e aromáticas (aramidas). Quanto à cristalinidade, podem ser amorfas, semicristalinas ou cristalinas. Os polímeros de náilon são intrinsecamente difíceis de colar porque são hidrofóbicos, quimicamente inertes e apresentam baixa molhabilidade superficial (ou seja, baixa energia de superfície). Além disso, os náilons são higroscópicos e absorvem da atmosfera água em excesso de 3% de sua massa. A umidade, por si só, causa problemas de adesão.

Espere: as afirmações acima parecem diretamente contraditórias. O náilon é hidrofóbico ou hidrofílico? O aparente paradoxo se resolve ao reconhecer que o comportamento hidrofóbico do náilon é uma propriedade de superfície, enquanto seu comportamento hidrofílico é uma propriedade de volume (bulk). A poli-imida também apresenta esse comportamento.

Examinar a estrutura química da unidade de repetição de um polímero — como as poliolefinas hidrofóbicas com grupo metila (CH3) ou os náilons hidrofílicos com grupo amida — é uma maneira simples de determinar se ele é hidrofílico ou hidrofóbico. O método mais simples para determinar as propriedades de superfície de um polímero é realizar medições de ângulo de contato com água, tanto de ângulo de contato estático quanto de ângulo de contato dinâmico.

Principais conclusões

• O náilon é hidrofóbico na superfície e hidrofílico no volume — a contradição aparente é justamente a chave para entendê-lo.
• Os náilons absorvem da atmosfera mais de 3% de sua massa em água, e a umidade, por si só, já causa problemas de adesão.
• As ligações amida atraem água, o que determina o comportamento no volume; a superfície permanece de baixa energia e não molhável.
• A poli-imida se comporta da mesma forma, portanto o princípio se estende para além da poliamida.

O náilon, como a maioria dos polímeros, tem baixa energia de superfície. Isso decorre da química de superfície e da física de superfície dos polímeros. Considera-se que os ângulos de contato são afetados tanto por mudanças na química de superfície quanto por mudanças na topografia da superfície. Quando uma gota é depositada sobre uma superfície sólida e essa superfície é inclinada, a gota avança e escorre para baixo. Os ângulos formados são denominados, respectivamente, ângulo de avanço (advancing angle) e ângulo de recuo (receding angle). A norma ASTM D724 descreve métodos para medir ângulos de contato dinâmicos (DCA) com equipamentos avançados (tensiômetros ópticos e goniômetros), analisando os ângulos de contato de avanço e de recuo a partir da análise do formato e da massa da gota.

O ângulo de contato de avanço é mais sensível aos componentes de baixa energia (não modificados) da superfície do substrato, enquanto o ângulo de recuo é mais sensível aos grupos oxidados de alta energia introduzidos pelos pré-tratamentos de superfície. Assim, o ângulo de recuo é, na prática, a medição mais característica do componente modificado da superfície após os pré-tratamentos. Por isso, é fundamental medir tanto o ângulo de contato de avanço quanto o de recuo em todos os materiais com superfície modificada.

Scott R. Sabreen é fundador e presidente da The Sabreen Group, Inc., uma empresa de engenharia especializada em processos de transformação secundária de plásticos – pré-tratamentos de superfície, colagem, decoração e acabamento, marcação a laser e segurança de produtos. Ele desenvolve novas tecnologias e resolve problemas de fabricação há mais de 30 anos. Sabreen pode ser contatado pelo telefone 972.820.6777 ou pelos sites www.sabreen.com e www.adhesionbonding.com.

Perguntas frequentes

O náilon é hidrofóbico ou hidrofílico?

Ambos, e isso não é uma contradição. O comportamento hidrofóbico do náilon é uma propriedade de superfície, enquanto seu comportamento hidrofílico é uma propriedade de volume. A superfície resiste ao molhamento e tem baixa energia de superfície; os grupos amida da cadeia atraem água, de modo que o volume do material absorve umidade com facilidade.

Quanta umidade o náilon absorve?

Mais de 3% de sua massa, absorvidos da atmosfera. A umidade, por si só, causa problemas de adesão — por isso a secagem adequada antes da moldagem é fundamental tanto para o processamento quanto para o desempenho de qualquer etapa posterior de colagem.

Como saber se um polímero é hidrofílico ou hidrofóbico?

Examine a unidade de repetição de sua estrutura química. Grupos metila, como nas poliolefinas, indicam comportamento hidrofóbico; grupos amida, como nos náilons, indicam comportamento hidrofílico. É uma verificação rápida de primeira ordem, antes de qualquer ensaio de superfície.

Por que os náilons são difíceis de colar?

Eles são hidrofóbicos, quimicamente inertes e têm baixa molhabilidade superficial em razão da baixa energia de superfície. Os adesivos não conseguem molhar a superfície de forma adequada, por isso normalmente é necessário um pré-tratamento de superfície para elevar a energia de superfície e introduzir funcionalidades químicas polares.

A poli-imida se comporta da mesma forma que o náilon?

Sim. A poli-imida apresenta a mesma separação entre comportamento hidrofóbico de superfície e comportamento hidrofílico no volume, de modo que valem a mesma disciplina de secagem e a mesma lógica de pré-tratamento.

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