Guía Técnica Kolorguide sobre Energía Superficial y Pruebas de Marcadores de Dinas (pruebas Dyne)

Aplicaciones, fundamentos, métodos de ensayo y control de calidad en sustratos industriales
Versión 1.0 – Octubre 2025
Kolorguide Corp

Ficha técnica del documento

Nota institucional

Esta guía técnica forma parte del compromiso de Kolorguide Corp con la educación, la estandarización y la mejora continua en el control de calidad de superficies.
Su propósito es servir como referencia para técnicos, laboratorios, fabricantes e ingenieros que buscan comprender, medir y optimizar la energía superficial de los sustratos industriales mediante métodos confiables y conforme a normas internacionales.

1. Introducción a la energía superficial

1.1 Concepto general

La energía superficial es la energía asociada con la creación de una nueva superficie o interfase en un material.
Cuando se genera una superficie, los átomos o moléculas expuestos pierden parte de sus enlaces, quedando en un estado energético mayor que los del interior.
Esta diferencia explica por qué toda superficie tiende a minimizarse: al reducir el área expuesta se reduce la energía del sistema.

1.2 Importancia industrial

En procesos como impresión, pintado, recubrimiento, laminado o adhesión, la energía superficial del sustrato determina si un líquido podrá mojarlo y adherirse correctamente.
Un material de baja energía superficial (como polietileno o polipropileno) tiende a repeler tintas y adhesivos; uno de alta energía superficial (como metales o vidrios) permite un mojado completo.

1.3 Objetivos de control de energía superficial

El control de la energía superficial busca garantizar la compatibilidad entre el sustrato y el recubrimiento o adhesivo.
Mediante mediciones o ensayos rápidos (como las Pruebas de Marcadores de Dinas (pruebas Dyne)) se verifica si el nivel de energía es suficiente para el proceso.
Esto permite detectar contaminación, envejecimiento del material o pérdida de tratamiento corona antes de que se presenten fallas de adhesión.

2. Fundamentos termodinámicos y físicos de la energía superficial

2.1 Definición y principios

La energía superficial (γ) se define como el trabajo requerido para crear una unidad de área nueva de superficie.
En líquidos se expresa también como tensión superficial y suele medirse en mN/m o dyn/cm.
Los valores típicos varían entre 20 y 72 mN/m, siendo el agua el patrón superior (≈ 72 mN/m).

2.2 Energía libre superficial de sólidos

En un sólido, la energía superficial resulta de las fuerzas de cohesión entre sus moléculas.
Cuando se rompe la continuidad del material, aparecen nuevas superficies con energía libre mayor.
La magnitud de esa energía depende de la composición química, la orientación cristalina y la limpieza o rugosidad de la superficie.

2.3 Relación entre tensión superficial y mojado

El mojado es la consecuencia observable del equilibrio entre la tensión superficial del líquido (γ_L), la energía superficial del sólido (γ_S) y la tensión interfacial (γ_SL).
La ecuación de Young (γ_S = γ_SL + γ_L cos θ) relaciona el ángulo de contacto θ con estas energías.
Un ángulo menor implica mejor mojado → mayor energía superficial.

3. Clasificación de materiales según energía superficial

3.1 Alta energía superficial

Metales (aluminio, acero, cobre), vidrio y cerámicos presentan valores superiores a 45 mN/m.
Muestran excelente adhesión sin necesidad de tratamiento.
Las fallas usualmente provienen de contaminación superficial (aceites, polvo, óxidos).

3.2 Media energía superficial

Materiales como ABS, PVC, policarbonato o poliéster tienen valores entre 36 y 44 mN/m.
Suelen aceptar impresión o adhesión con preparación mínima (limpieza o desengrase).

3.3 Baja energía superficial

Polietileno (PE), polipropileno (PP), PTFE y siliconas se encuentran por debajo de 36 mN/m.
Requieren tratamiento corona, plasma o llama para elevar su energía y permitir un mojado adecuado.
El control periódico con bolígrafos (marcadores o Plumas) de Dinas garantiza que el tratamiento mantenga su efectividad.

4. Impacto de la energía superficial en procesos de fabricación

4.1 Impresión y recubrimiento

En impresión flexográfica, serigráfica o digital, la tinta debe extenderse de forma uniforme sobre el sustrato.
Cuando la energía superficial es insuficiente, el líquido forma gotas (“beading”), provocando defectos visuales y falta de adherencia.
Un nivel mínimo de 38 mN/m suele ser requisito para una buena impresión en plásticos tratados.

4.2 Laminación y adhesión

En laminados multicapa, la energía superficial asegura la unión entre capas.
Si el sustrato pierde tratamiento, se produce delaminación.
El control de Dinas antes de laminar previene rechazos y pérdidas de material.

4.3 Pintado industrial y recubrimientos

Los recubrimientos en polvo, pintura líquida o barnices requieren superficies limpias y de energía suficiente.
Incluso una fina capa de grasa puede reducirla drásticamente, afectando la adherencia del recubrimiento.

5. Métodos de medición de la energía superficial

5.1 Ángulo de contacto

El método del ángulo de contacto mide el ángulo formado entre una gota de líquido y la superficie del sólido.
Un ángulo < 30° indica buena mojabilidad; > 70° indica baja energía superficial.
Este método es preciso pero lento y requiere equipo óptico especializado.

5.2 Método de líquidos o bolígrafos o Marcadores de Dinas

Basado en el principio de mojado de fluidos calibrados.
Cada bolígrafo contiene una tinta de tensión superficial conocida.
Si la línea trazada se mantiene uniforme durante 2 – 3 s, la energía del sustrato es ≥ al valor del bolígrafo; si se retrae, es menor.

5.3 Métodos complementarios

• Medición de burbuja en líquidos (Du Noüy Ring, Wilhelmy Plate).
• Técnicas espectroscópicas para análisis químico superficial.
• Mediciones indirectas mediante adherencia o cohesión.

6. Pruebas con bolígrafos de nivel Dinas/ Dyne (Dyne Test Pens)

6.1 Principio de funcionamiento

Los bolígrafos Dinas/Dyne contienen una solución de etanol y formamida calibrada a valores entre 30 y 72 dyn/cm.
El comportamiento del trazo indica el nivel de energía superficial.

6.2 Procedimiento de ensayo

1. Limpie la superficie con isopropanol o agente neutro.
2. Descargue la primera gota del bolígrafo para eliminar contaminación.
3. Trace una línea continua de 3 – 5 cm.
4. Observe durante 2 – 3 s:
    - Si la línea permanece uniforme → energía ≥ valor Dyne.
    - Si se rompe o retrae → energía < valor Dyne.
5. Repita con bolígrafos ascendentes hasta encontrar el umbral exacto.

6.3 Interpretación

El valor de dinasDyne más bajo que produce una línea estable se toma como la energía superficial aproximada del sustrato.
Ejemplo: si 38 se rompe y 36 permanece, el sustrato tiene ~37 dyn/cm.

6.4 Precauciones

• Evitar humedad ambiental alta.
• No usar bolígrafos vencidos.
• No contaminar el aplicador con los dedos o superficies sucias.
• Almacenar a temperatura estable (20 – 25 °C).

7. Buenas prácticas y recomendaciones para el ensayo Dyne

7.1 Preparación del sustrato

• Elimine polvo, aceites, siliconas o agentes de liberación.
• Evite tocar la zona de prueba con los dedos(use guantes).
• Realice la medición inmediatamente después de limpiar o tratar la superficie.

7.2 Condiciones ambientales

• Temperatura ideal: 20 – 25 °C.
• Humedad relativa < 60 %.
• Evite corrientes de aire o exposición directa al sol.

7.3 Uso y mantenimiento de bolígrafos

• Agite suavemente antes de usar.
• Guarde los bolígrafos en posición horizontal y con tapa.
• Descarte el primero o segundo trazo de cada sesión.
• Registre lote y fecha para trazabilidad.

7.4 Registro y control de resultados

Kolorguide recomienda conservar una hoja de control con:

• Fecha y hora del ensayo.
• Operador.
• Material y zona probada.
• Valor Dyne obtenido.
• Observaciones (tipo de falla, contaminación visible, etc.).

8. Tratamientos para elevar la energía superficial

8.1 Tratamiento corona

Descarga eléctrica que ioniza el aire sobre el sustrato, generando grupos polares en su superficie.
Aumenta la energía superficial de ≈ 30 a ≈ 42 mN/m.
Recomendado para PE, PP y PET en líneas de conversión.

8.2 Tratamiento plasma

Ionización controlada en cámara cerrada o abierta.
Permite ajustar la química superficial sin afectar el volumen del material.
Produce superficies altamente activadas para adhesión.

8.3 Tratamiento de llama

Oxidación superficial mediante llama controlada de gas propano-butano.
Aumenta la energía superficial y limpia residuos orgánicos.
Requiere control cuidadoso de velocidad y distancia.

8.4 Otros métodos

• Primers o promotores de adhesión.
• Irradiación UV u ozono.
• Limpieza química previa con solventes específicos.

8.5 Verificación posterior al tratamiento

Se recomienda realizar la Pruebas de Marcadores de Dinas (pruebas Dyne) inmediatamente después del tratamiento y nuevamente tras 24 h para evaluar la estabilidad del efecto.

9. Aplicaciones específicas

9.1 Películas plásticas

Usadas en empaque flexible (PE, PP, PET).
El control de Dinas/Dyne permite verificar que la película esté lista para impresión o metalizado.

9.2 Vidrio y cerámica

Generalmente presentan alta energía superficial (> 45 mN/m).
Solo requieren limpieza; las pruebas sirven para detectar contaminación con ceras o siliconas.

9.3 Metales y recubrimientos metálicos

Aluminio, acero, cobre: alta energía superficial pero sensibles a oxidación.
El test Dyne detecta la presencia de aceites residuales antes del pintado.

9.4 Textiles y materiales porosos

El método Dyne es menos confiable por absorción del líquido; se usan variaciones con gotas controladas o líquidos más viscosos.

10. Errores comunes y limitaciones del método

10.1 Errores frecuentes

• Contaminación del aplicador: residuos en la punta alteran la tensión del fluido.
• Superficies húmedas: el agua interfiere con la lectura.
• Superficies texturadas: el trazo se fractura por rugosidad y no por baja energía.
• Temperatura inadecuada: valores Dyne varían con el calor.
• Tiempo de observación incorrecto: menos de 2 s o más de 5 s produce lecturas imprecisas.

10.2 Limitaciones

• No mide con exactitud la energía superficial (solo la clasifica).
• No aplica en materiales absorbentes o porosos.
• Los resultados dependen del operador y de las condiciones ambientales.
• No reemplaza ensayos de laboratorio (ángulo de contacto o espectroscopia).

10.3 Recomendaciones

• Usar siempre el mismo procedimiento documentado.
• Calibrar periódicamente con muestras de referencia.
• Combinar con observación microscópica o pruebas de adhesión para diagnóstico completo.

11. Normas y referencias técnicas

Además, Kolorguide adapta sus procedimientos a las guías ISO 9001 (calidad), ASTM F2252 y F3198 (adhesión de recubrimientos), y a protocolos internos validados por laboratorios asociados en EE. UU. y Europa.

12. Glosario técnico

Anexo A – Valores típicos de energía superficial

Bibliografía técnica Kolorguide

1. Kolorguide Corp, Blog técnico sobre energía superficial y pruebas Dyne, 2015–2025.
2. ASTM International, Standard D2578 – Wetting Tension Test, 2023.
3. ISO 8296, Plastics – Film Surface Energy Determination, 2022.
4. 3M Technical Bulletin, Adhesion Science and Surface Energy, 2021.
5. Ossila Ltd, Guide to Surface Energy Measurement, 2020.
6. Cork Industries, Dyne Testing in Printing on Films, 2024.
7. Kolorguide Corp – Departamento de Ensayos, Protocolos internos de validación Dyne, 2025.

Créditos Kolorguide

Elaboración técnica: Kolorguide Corp
Redacción y coordinación: Juan M. Rincón
Revisión: Departamento de Control de Calidad y Ensayos Superficiales
Fecha de edición: Octubre 2025
Derechos reservados: © Kolorguide Corp – Reproducción parcial o total permitida únicamente con autorización escrita.

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