Controlando resultados desiguais de energia superficial causados ​​por líquidos de teste: o caso do PET tratado com UV/O3

May 20, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 6772 (2022) Citar este artigo

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O tratamento ultravioleta/ozônio (UV/O3) tem sido relatado como um método eficaz para modificar propriedades como molhabilidade, adesão ou adsorção de superfícies plásticas. A mudança na superfície é medida pela análise do ângulo de contato, que emprega líquidos e suas tensões superficiais (ST) para estimar a energia superficial (SE). Encontramos duas práticas diferentes na comunidade científica: (1) a maioria dos pesquisadores adotou o valor ST de líquidos da literatura, enquanto (2) outros pesquisadores realizaram medições em tempo real no laboratório sob condições ambientais antes da estimativa SE. Até onde sabemos, não há nenhum estudo que compare a diferença entre as duas práticas. Descobriu-se que um estudo mostrou diferentes métodos de SE gerando valores de SE desiguais para o mesmo substrato. No entanto, não houve conclusão definitiva apoiada por regras gerais de termodinâmica. Neste estudo, apresentamos (1) um teste de significância estatística que mostrou que a literatura e os valores experimentais de ST são significativamente diferentes, e estudamos (2) o efeito de diferentes pares de líquidos na estimativa de SE para poli(tereftalato de etileno) tratado com UV/O3. (PET) substrato. Técnicas de modificação, como plasma à pressão atmosférica ou modificação química, foram estudadas anteriormente para examinar a molhabilidade do PET e o SE. O tratamento UV/O3 foi estudado para melhorar a adesão e modificar suas propriedades químicas para adsorção. Em contraste, estudamos (3) o efeito do UV/O3 na molhabilidade em diferentes intervalos de tempo e abordamos (4) como controlar SE desigual com base em um método que foi refinado em um sistema trifásico termodinâmico rigoroso. Deve-se notar que este método pode ser generalizado para outros tipos de superfícies sólidas para estimar valores SE termodinamicamente autoconsistentes. Este trabalho também fornece (5) uma calculadora baseada na web que complementa as descobertas computacionais disponíveis aos leitores na seção de disponibilidade de dados.

Os substratos plásticos são materiais convencionais para fabricar uma ampla gama de aplicações, incluindo eletrônicos impressos e flexíveis, dispositivos biomédicos e embalagens1,2,3. A relação entre as características superficiais dos plásticos e o ST das dispersões desempenha um papel importante no nivelamento, formação de filme e comportamento de adesão de dispersões como tintas, revestimentos e adesivos. As características da superfície, como hidrofilicidade, morfologia, molhabilidade e rugosidade, afetam a homogeneidade dos filmes de dispersão e, portanto, as propriedades finais das aplicações pretendidas4,5. O PET tornou-se um substrato viável não apenas para aplicações em embalagens, mas também para eletrônicos impressos devido à sua resistência e resiliência superiores, altos pontos de fusão, resistência à tração, boa resistência ao impacto, excelente processabilidade e considerável vantagem de custo em relação às outras opções de plástico6,7,8. A estabilidade dimensional do PET pode ser melhorada por um processo de estabilização térmica em temperaturas de até 150°C8. Em termos de embalagem, o PET apresenta transparência semelhante à do vidro, baixo odor e permeabilidade gás-água e é muito adequado para processos como estampagem a quente, laminação, moldagem e impressão. A durabilidade mais importante do PET em comparação com outros plásticos é a sua inércia química. No entanto, esta propriedade faz com que o PET tenha baixa molhabilidade e requer tratamento superficial antes do processamento em diversos campos industriais1,7. O método do ângulo de contato caracteriza o efeito do tratamento de superfície e o comportamento inerente ou alterado de umedecimento/remolhamento dos materiais, o que pode ter um efeito profundo9. O método ST e ângulo de contato quantifica o valor SE e é útil, especialmente se a dispersão for fraca4. O valor SE é a soma dos componentes polares e dispersivos e mostra o comportamento de molhabilidade dos líquidos entre os dois componentes com afinidade com uma superfície. O efeito do tratamento de superfície também pode ser medido utilizando canetas dyne e soluções no ambiente de produção; entretanto, o processo é subjetivo e não revela os valores dos componentes polares e dispersos. Aumentar o componente polar dos substratos e monitorá-lo é especialmente importante para obter uma ligação adesiva adequada em polímeros .