TERMODINÁMICA DE SUPERFICIES E INTERFASES
¿Por qué hay plásticos que son difíciles de pegar?
A todos nos sonará intentar pegar un juguete o alguna pieza de plástico y ver cómo el pegamento líquido se desliza sobre la superficie y, por mucha presión que se ejerza, termine soltándose.
Empecemos por definir el concepto que más nos puede sonar; el concepto de tensión superficial.
Tensión superficial
El espesor de la interfase es de varias moléculas aunque para simplificar se considera una superficie. En realidad, en la naturaleza no existe discontinuidad y la transición entre diferentes fases es algo gradual.
Las fuerzas adhesivas entre el líquido y el sólido provocan que el líquido se extienda por la superficie, mientras que las cohesivas del líquido hace que éste se abulte y tienda a evitarlo.
Recordemos que la materia siempre busca el estado de mínima energía. Las moléculas del interior de una masa líquida están sometidas a un campo de fuerzas uniforme, haciendo que la fuerza resultante sea nula, encontrándose en equilibrio. Por el contrario, la interfase es desfavorable desde el punto de vista energético. Las moléculas más próximas a la interfase, no solo están sujetas a las fuerzas generadas en su fase, si no que son influenciadas por las fuerzas de la fase contigua.
Debido a estas interacciones, surge una fuerza resultante no neta que actúa en los átomos de la interfase y está dirigida hacia el interior del líquido, como puede verse en la Imagen 2.

Imagen 1: Representación de una interfase entre dos líquidos. Por ejemplo entre aceite y agua.

Imagen 2. Representación del equilibrio de fuerzas en el interior de una masa líquida (por ejemplo, agua)
Mojabilidad, ángulo de contacto y Ecuación de Young
Simplemente observando la naturaleza, hemos podido ser conscientes de que no todos los líquidos mojan de igual manera a un determinado sólido y que no todos los sólidos se mojan de la misma forma por un líquido. Esta propiedad recibe el nombre de mojabilidad y la magnitud física experimentalmente relacionada con la mojabilidad (µ) es el ángulo de contacto θ. En la Imagen 3 se representa esquemáticamente una gota de líquido (L) reposando en equilibrio sobre una superficie sólida horizontal (S) en una atmósfera de gas (G).
La ecuación que da la información de lo que un determinado líquido se extiende sobre una superficie sólida, es la Ecuación de Young.

Imagen 3: Representación de una gota líquida (L), reposando en equilibrio sobre una superficie sólida horizontal en una atmósfera de gas (G).
De forma general, se define el ángulo de contacto como el ángulo que forma la superficie de un líquido al entrar en contacto con una superficie sólida. El valor del ángulo de contacto depende principalmente de la relación existente entre las fuerzas adhesivas del líquido y sólido y las fuerzas cohesivas del propio líquido. De esta manera, si las fuerzas de atracción intramoleculares del líquido son mayores que las fuerzas de adhesión entre el líquido y el sólido con el que está en contacto; el líquido no mojará el sólido. Por el contrario, cuando las fuerzas de adhesión entre el sólido y el líquido son mayores que las del propio líquido, aparecen los fenómenos de mojado.
Uno de los factores que influyen en el mojado es la anteriormente nombrada tensión superficial. Para que ocurra le mojado, la tensión superficial del sólido tiene que ser mayor que la del líquido.
En estos dos últimos casos, la tensión superficial del líquido es mayor que la del sólido.

Cada tipo de material tiene una rugosidad superficial característica. Para conseguirlo se hace uso de recubrimientos de materiales que sí poseen una rugosidad propicia, por ejemplo usando PTFE; o a través de materiales técnicos avanzados que se crean con ese propósito (por ejemplo el uso de nanofibras alineadas).
Este tipo de rugosidad es muy común en plantas, siendo los ejemplos más conocidos el de la hoja de Lotus (el conocido efecto lotus) o la hoja de arroz. Estas son hojas donde se pueden generar esferas de agua en su superficie, claro ejemplo de superhidrofobia.
Plásticos que no se pegan
Plásticos tan utilizados a nivel mundial como el polietileno (PE), el polipropileno (PP), o el Teflón (PTFE), son materiales que en caso de necesidad de ser pegados, no resulta un trabajo fácil ni utilizando adhesivos especiales para plásticos. No es problema del adhesivo; el principal factor no es otro que la baja tensión superficial que tienen. Tal y como se ha mencionado anteriormente, esto supone que el adhesivo no moja la superficie correctamente. Es decir, las fuerzas de cohesión del líquido son mayores que las fuerzas de adhesión entre el líquido y el sólido con el que está en contacto; con lo que el líquido no mojará el sólido. Como ya hemos comentado, para que ocurra el mojado, la tensión superficial del líquido tiene que ser más baja que la del sólido a mojar.
A modo de curiosidad, en las tablas que siguen a continuación se pueden ver varios polímeros y otros materiales y sus correspondientes tensiones superficiales.
POLÍMERO | ABREVIATURA | TENSIÓN SUPERFICIAL mN/m |
---|---|---|
Politetrafluoroetileno (Teflón) | PTFE | 19 |
Polipropileno | PP | 30,1 |
Poliisobutileno | PIB | 32 |
Policarbonato | PC | 34,2 |
Polietileno | PE | 35,5 |
Poliuretano | PU | 38 |
Poliamida 6 | PA 6 | 38 |
Poliamida 6,6 | PA66 | 40,7 |
Poliestireno | PS | 40,7 |
Polimetil metacrilato | PMMA | 41,1 |
Policloruro de vinilo | PVC | 41,5 |
Tereftalato de polietileno | PET | 42 |
Polietereterketon | PEEK | 42,1 |
MATERIAL | TENSIÓN SUPERFICIAL mN/m |
---|---|
Hierro | 2550 |
Titanio | 2050 |
Cobre | 1850 |
Agua | 73 |
Grabado PTFE
