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Escrito por Dr. Amit Pratap Singh
Reseña escrita por Dr. Alidad Amirfazli
Revisado: 28
This is a practical guide to Surface Science for researchers working in the Packaging and Containers Industry.
En esta nueva guía aprenderás todo sobre:
Vamos a sumergirnos en ello.
In today’s packaging and container industry, success is determined by factors such as product quality, user experience, and environmental impact. This can be illustrated through a simple yet detailed example: oil and grease-resistant paper, a crucial component of the modern packaging industry. Despite the hydrophobicity and porosity of the base paper making it unsuitable for packaging purposes, a coating with specific properties is applied to impart hydrophobic and oleophobic characteristics. These papers, derived from plant fibers, are light, flexible, recyclable, and compostable materials. Since they are derived from renewable resources they are compatible to environment. Consequently, these papers have become indispensable in the area of packaging, embodying the industry’s commitment to both efficiency and sustainability.
In the preparation of oil and grease-resistant papers, surface properties such as contact angle, sliding angle, surface tension, and surface energy play a crucial role. Therefore, the success of the packaging and container industries lies in how efficiently one can apply these surface properties to produce papers with the desired characteristics.
We use the important surface properties below to understand the behavior of Packaging and Containers products and improve their quality.
Joven – Método Laplace
Método polinómico
Ángulo de contacto dinámico
Idealmente, cuando colocamos una gota sobre una superficie sólida, existe un ángulo único entre el líquido y la superficie sólida. Podemos calcular el valor de este ángulo de contacto ideal (el llamado ángulo de contacto de Young) utilizando la ecuación de Young. En la práctica, debido a la geometría de la superficie, la rugosidad, la heterogeneidad, la contaminación y la deformación, el valor del ángulo de contacto en una superficie no es necesariamente único, sino que se encuentra dentro de un rango. Llamamos a los límites superior e inferior de este rango el ángulo de contacto de avance y el ángulo de contacto de retroceso, respectivamente. Los valores de los ángulos de contacto de avance y retroceso para una superficie sólida también son muy sensibles. Pueden verse afectados por muchos parámetros, como la temperatura, la humedad, la homogeneidad y la contaminación diminuta de la superficie y el líquido. Por ejemplo, los ángulos de contacto de avance y retroceso de una superficie pueden diferir en diferentes ubicaciones.
Las superficies y los recubrimientos prácticos muestran naturalmente histéresis de ángulo de contacto, lo que indica un rango de valores de equilibrio. Cuando medimos ángulos de contacto estáticos, obtenemos un solo valor dentro de este rango. Confiar únicamente en mediciones estáticas plantea problemas, como una repetibilidad deficiente y una evaluación incompleta de la superficie con respecto a la adherencia, la limpieza, la rugosidad y la homogeneidad.
En aplicaciones prácticas, necesitamos comprender la facilidad de dispersión del líquido de una superficie (ángulo de avance) y la facilidad de eliminación (ángulo de retroceso), como en la pintura y la limpieza. La medición de los ángulos de avance y retroceso ofrece una visión holística de la interacción líquido-sólido, a diferencia de las mediciones estáticas, que arrojan un valor arbitrario dentro del rango.
Esta información es crucial para las superficies del mundo real con variaciones, rugosidad y dinámica, lo que ayuda a industrias como la cosmética, la ciencia de los materiales y la biotecnología a diseñar superficies efectivas y optimizar los procesos.
Aprenda cómo se realiza la medición del ángulo de contacto en nuestro tensiómetro
Para una comprensión más completa de la medición del ángulo de contacto, lea nuestra medición del ángulo de contacto: la guía definitiva
Esta propiedad mide la fuerza que actúa sobre la superficie de un líquido, con el objetivo de minimizar su superficie.
Tensión superficial dinámica
La tensión superficial dinámica difiere de la tensión superficial estática, que se refiere a la energía superficial por unidad de área (o fuerza que actúa por unidad de longitud a lo largo del borde de una superficie líquida).
La tensión superficial estática caracteriza el estado de equilibrio de la interfaz líquida, mientras que la tensión superficial dinámica explica la cinética de los cambios en la interfaz. Estos cambios podrían implicar la presencia de tensioactivos, aditivos o variaciones en la temperatura, la presión y la composición en la interfaz.
La tensión superficial dinámica es esencial para los procesos que implican cambios rápidos en la interfaz líquido-gas o líquido-líquido, como la formación de gotas y burbujas o la coalescencia (cambio de área superficial), el comportamiento de las espumas y el secado de pinturas (cambio de composición, por ejemplo, evaporación del solvente). Lo medimos analizando la forma de una gota colgante a lo largo del tiempo.
La tensión superficial dinámica se aplica a diversas industrias, incluidas las cosméticas, los recubrimientos, los productos farmacéuticos, la pintura, los alimentos y las bebidas, y los procesos industriales, donde la comprensión y el control del comportamiento de las interfaces líquidas son esenciales para la calidad del producto y la eficiencia del proceso.
Aprenda cómo se realiza la medición de la tensión superficial en nuestro tensiómetro
Para una comprensión más completa de la medición de la energía superficial, lea nuestra medición de la tensión superficial: la guía definitiva
Aprenda cómo se realiza la medición de la energía superficial en nuestro tensiómetro
Para una comprensión más completa de la medición de la energía superficial, lea nuestra medición de la energía superficial: la guía definitiva
El ángulo de deslizamiento mide el ángulo en el que una película líquida se desliza sobre una superficie sólida. Se emplea comúnmente para evaluar la resistencia al deslizamiento de una superficie.
Aprenda cómo se realiza la medición del ángulo de deslizamiento en nuestro tensiómetro
Para una comprensión más completa de la medición del ángulo de deslizamiento, lea nuestra medición del ángulo de deslizamiento: la guía definitiva
Within the Packaging and Containers industry, several case studies exemplify the advantages of conducting surface property measurements.
Challenge: The sterility of aseptic packages can be compromised during storage and distribution due to rough or improper handling.
Solution: In one study, scientists focused on determining the threshold pressure required to create a leak. They observed significantly lower threshold pressures in the case of low surface tension liquids, such as safranin red dye, compared to high surface tension liquids, like distilled water. This insight allows manufacturers to proactively avoid conditions that could lead to leakage issues. A tensiometer like Droplet Lab’s Dropometer precisely measures surface tension, enabling manufacturers to identify and understand how different liquids interact with packaging materials. By providing accurate data on surface tension, it helps in assessing the susceptibility of packaging to leaks and supports the development of more robust packaging solutions, thus maintaining package sterility.
Desafiar : Printing ink in flexible packaging materials can cause contamination in the mechanical recycling process.
Solución : The removal of printing ink residue from the surface of flexible plastic packaging can be achieved through detergency, mechanical, and chemical cleaning processes. In this context, contact angle measurements are invaluable for studying the interaction between the polymer and surfactant. These measurements are highly effective in comparing the wetting behavior of surfactants on various printing ink systems and non-printed film surfaces.
Desafiar : There was a big issue with label adhesion in packages that have curved surfaces, resulting in peeling and poor aesthetics.
Solución : The manufacturer applied the surface tension measurements that helped in the selection of label materials with appropriate adhesive properties for curved surfaces. These optimized properties of adhesives ensured strong and lasting label adhesion, enhancing the overall visual appeal of the packaging.
Si está interesado en implementar estas u otras aplicaciones, póngase en contacto con nosotros.
In an industry where precision reigns supreme, where do Packaging and Containers manufacturers turn to ensure their products can survive scrutiny? The answer lies in standards and guidelines: the compass that guides cosmetics manufacturers through the complex maze of quality and performance.
This standard provides guidelines for measuring advancing contact angles to evaluate the wettability of surfaces, which is crucial in assessing how liquids interact with packaging materials.
This ISO standard specifies a method for determining the contact angle of water on plastics, which is important for evaluating how liquids interact with plastic packaging materials.
Esperamos que esta guía te haya enseñado cómo aplicar la ciencia de superficies en la industria cosmética.
Ahora nos gustaría entregárselo a usted:
Droplet Lab fue fundado en 2016 por el Dr. Alidad Amirfazli, miembro de la facultad de la Universidad de York, y dos de sus investigadores, el Dr. Huanchen Chen y el Dr. Jesús L. Muros-Cobos.
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