FISICOQUIMICA. El sector de los adhesivos

Introducción

Debido a las diversas ventajas que proporciona el uso de materiales adhesivos como sistema de unión, protección y sellado, este tipo de material o tecnología está experimentando una crecimiento enorme en su uso en las áreas de construcción, fabricación y mantenimiento.

Los adhesivos se conocen desde tiempos inmemoriales y han sido empleados extensamente a lo largo de la historia hasta la actualidad. Existen ejemplos naturales de adhesión, como es el caso de las telas de araña, de los pañales de abejas o de los nidos de pájaros. Se han hallado vestigios del uso de la sangre animal como adhesivo durante la Prehistoria.

El sector de los adhesivos está en pleno crecimiento y su desarrollo será muy importante en los próximos años, dado que ofrece rendimientos similares y en ocasiones superiores a los de otras soluciones para el ensamblaje y el sellado con ventajas en cuanto a ahorro de costes.

Como sistema de unión y/o sellado de materiales, los adhesivos ocupan un lugar que en ocasiones comparten con otros sistemas de unión. No obstante, los adhesivos requieren conocimientos básicos para un adecuado uso y sólo a través de un diseño adecuado de la unión se logran resultados satisfactorios.

A parte de la función principal de los adhesivos como materiales usados para unir sustratos, los adhesivos pueden ser utilizados para otros fines, como por ejemplo el sellado de tuberias u otros elementos que requieran estanqueidad, fijación de tornillos con el objetivo de eliminar el efecto del autoaflojamiento producido por cargas dinámicas, sellado de áreas que se desea evitar la oxidación y corrosión, impermeabilizantes, aislamiento acústico y eléctrico, entre otros.

Desarrollo

1. Definición

Se puede definir adhesivo como aquella sustancia que aplicada entre las superficies de dos materiales permite una unión resistente a la separación.

Denominamos sustratos o adherentes a los materiales que pretendemos unir por mediación del adhesivo. El conjunto de interacciones físicas y químicas que tienen lugar en la interfase adhesivo/adherente recibe el nombre de adhesión.

En este mundo de los adhesivos existen varios tipos con diferentes propiedades, prestaciones, aplicaciones, mecanismos de endurecimiento, etc. Una clasificación rápida por su origen los divide en tres grandes grupos:

 Inorgánicos : Cementos, silicatos, yeso

 Orgánicos: Presentan una estructura molecular. No son de origen natural orgánico, sino que son materiales sintéticos. Tienen su génesis en la química orgánica del C (carbono).

 Siliconas : Presentan estructura molecular y provienen de la química del O-SI (oxígeno-silicio).

Factores que modifican la adherencia

 Afinidad del adhesivo por el material de los objetos que se van a unir. En algunos adhesivos que contienen ingredientes con grupos reactivos, puede ser importante la afinidad del adhesivo con la superficie, y en algunos casos se producen reacciones químicas.

 Tendencia del adhesivo a mojar la superficie del material facilitando el contacto entre éste y la superficie.

 Consistencia y continuidad de la materia adhesiva.

 Tendencia del adhesivo a penetrar la superficie del material.

 Espesor y flexibilidad de la capa adhesiva.

Fuerzas de adherencia

Para comprender las técnicas de preparación de las superficies y poder seleccionar los adhesivos adecuados es necesario contar con conocimientos generales del mecanismo de adherencia.

La adherencia se basa en 2 tipos de fuerzas-enlaces van der Waals y uniones químicas. Las fuerzas de van der Waals son la base de la adherencia. Estas fuerzas de atracción actúan entre el adhesivo y el sustrato.

Los enlaces químicos producen el tipo de adherencia más resistente. Estas fuerzas se desarrollan cuando el sustrato tiene grupos químicos que reaccionan con el adhesivo.

El trabado mecánico tiene un papel en la adherencia; sin embargo, no suele ser el mecanismo primario.

Algunos grupos químicos destacan por su capacidad para formar enlaces de van der Waals. Estos grupos pueden mejorar la adherencia cuando están presentes en el adh esivo o en el sustrato.

En la tabla se incluyen estos grupos en orden descendente aproximado de propiedades de adherencia.

Grupo Atracción de van der Waals

Acido orgánico Alta

Nitrilo Alta

Amida Alta

Oxhidrilo Intermedia

Ester Intermedia

Acetato Intermedia

Cloruro Intermedia

Eter Baja

Etileno Baja

Los polímeros que tienen propiedades bajas de adherencia pueden mejorarse con la adición de un pequeño porcentaje de un ácido orgánico o de acrilonitrilo. Los recubrimientos y películas de tipo Sarán son excelentes ejemplos de este procedimiento.

Las resinas de recubrimiento de Cloruro de Polivinilideno exhiben una notable mejora de adherencia al copolimerizarse con 1-2% de un ácido orgánico.

Los adhesivos de tipo epoxi tienen adhesiones altas sin necesidad de aditivos. Las resinas epoxi tienen grupos hoxidrilo o amina en el polímero curado.

Para lograr la adherencia es necesario que los materiales queden en contacto intimo. Este principio se basa en el fenómeno de la tensión superficial.

Tensión superficial

Todos los materiales, ya sean líquidos o sólidos, tienen fuerzas superficiales. A estas fuerzas se les llama tensión superficial en los líquidos y energía superficial en los sólidos. Imagínese una gota de un líquido sobre una superficie plana. La tensión del líquido tiende a darle forma de montículo. El sólido en cambio, trata de extenderla hacia una forma plana. Si la energía superficial del sólido es mayor que la del líquido, la gota se extenderá.

La tensión superficial regula la intimidad del contacto que puede lograrse con un adhesivo sobre una superficie sólida. Toda la superficie tienen un cierto grado de textura microscópica, que debe recubrirse para lograr una buena adherencia.

Tratamientos de superficies

El polietileno, el polipropileno, el teflón y los acetales requieren preparaciones especiales de sus superficies para funcionar con adhesivos normales. Un ataque apropiado es adecuado para todos estos materiales. El polietileno, el polipropileno y los acetales pueden tratarse con diversos procesos para aumentar la tensión superficial por encima de la del adhesivo. El teflón, resina muy estable puede adherirse después de un ataque con sodio. Esto elimina flúor de la superficie, dejando una capa carbonosa café. A continuación se escriben algunos tratamientos de superficies.

Plásticos Tratamiento

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