ADHESIVOS: TEORÍAS SOBRE INTERFASES DE ADHESIÓN

Investigado por: Marcela Correa

El fenómeno de adhesión se explica con varios modelos que justifican cada caso en particular sobre la unión adhesiva que se da entre adhesivo y sustrato, pero cada uno no podría explicarse totalmente este fenómeno siendo necesario usar la combinación de estos modelos.

   A)    Fenómenos físicos: La interacción física del adhesivo y sustrato es producida por la interacción-repulsión  electrostática entre moléculas de los diferentes materiales:

1)    Modelo de adhesión mecánica: Esta teoría toma en cuenta solo la topografía del sustrato y el poder del adhesivo. Explica que la adhesión depende de la porosidad y rugosidad de la superficie del material, ya que la zona de contracto real entre los materiales depende de la humectabilidad del adhesivo en la superficie del sustrato. Entonces es conveniente asegurarse de la buena humectación del adhesivo para que logre penetrar en la superficie porosa del material.

2)    Teoría de la difusión: Explica la interacción debido a la adhesión de los polímeros entre sí. Cuando existe compatibilidad entre dos polímeros, las cadenas poliméricas serán solubles entre ellas. Esta mezcla produce una difusión de las moléculas entre el adhesivo y el sustrato, que viene dado por el peso molecular. Las cadenas poliméricas cortas tienen alta movilidad, penetrando en el otro material antes que las cadenas poliméricas largas.

3)    Teoría eléctrica: Esta teoría explica que la adhesión entre el adhesivo y el sustrato se genera debido a que las cargas de signo opuesto se atraen entre sí. Compara la combinación adhesivo-sustrato a un condensador plano, cuyas placas lo constituyen la doble capa eléctrica formada por materiales de distintas naturalezas al ponerse en contacto.

   B)   Fenómenos químicos: Este tipo de interacción en este fenómeno es debida a la reacción química entre las moléculas del adhesivo y del sustrato.

1)    Teoría de la absorción termodinámica o mojado superficial: Al poner en contacto dos superficies no importa que existan o no difusión del adhesivo, porque las fuerzas intermoleculares que se dan en la interfase son suficientes para garantizar la adhesión. Estas fuerzas son llamadas de humectación o mojabilidad, porque al formar una unión se pasa por una fase de contacto entre el líquido y el sólido. Esta teoría es útil para explicar el uso y funcionamiento de agentes compatibles existentes entre el sustrato y el adhesivo.

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CARGAS Y RELLENOS EN FORMULACIONES DE ADHESIVOS DE CURADO QUÍMICO Y SU FORMULACIÓN GENÉRICA

POR: MARCELA CORREA

Al igual que ocurre dentro de las formulaciones de pinturas, los adhesivos están formados por diferentes compuestos químicos donde cada uno de estos tiene una función específica, dentro de un adhesivo además del ligante que lo forma y aporta las propiedades principales, se encuentran otros elementos como lo son los aditivos y las cargas que aportan una serie de propiedades específicas.

Los adhesivos se pueden clasificar de varias maneras, aquí los clasificaremos de acuerdo al ligante, es decir la resina que lo forma, atendiendo la manera en que reticulan, que puede ser curado químico o físico, solo hablaremos de los de curado químico:

Los adhesivos de curado químico son aquellos que logran su reticulado mediante una serie de reacciones químicas (poliadición, policondensación o polimerización) que se producen internamente entre los monómeros, este tipo de adhesivos está formado por los siguientes elementos como ejemplo tenemos a los adhesivos de acetato de polivinilo:

• Monómeros: Son las unidades básicas que formarán al polímero, adoptando estructuras y propiedades de materiales termoplásticos, elastómeros o termoestables. La resina, el catalizador y los reactivos diluyentes se consideran monómeros.

• Prepolímeros: Son cadenas de polímeros ya conformados de pequeño longitud y peso, esencialmente se utilizan para adhesivos como el poliuretano y para los adhesivos de poliéster insaturado.

• Cargas o rellenos: Se trata de compuestos químicos los cuales varían fundamentalmente las propiedades mecánicas de los adhesivos, entre las cargas más utilizadas nos encontramos con el sílice, la arcilla, el polvo de aluminio, entre otras.

• Pigmentos: Son los compuestos químicos que aportan el color al adhesivo.

• Aditivos: Se tratan de compuestos químicos que varían las propiedades químicas de los adhesivos, los aceleradores, inhibidores de la corrosión, promotores de adhesión, retardantes de fuego y fungicidas son considerados como aditivos de los adhesivos.

De todos los compuestos anteriores nos enfocaremos en las cargas o rellenos, dado a que la correcta selección de las cargas o rellenos nos influirá directamente en las propiedades físicas, químicas y mecánicas del adhesivo así como también en su precio final.

Como ejemplos de rellenos o cargas en los adhesivos nos encontramos con polvo de aluminio, esferas de cristal, cobre, talco, óxido de aluminio, óxido de titanio, fibras de carbono. El uso de polvo de aluminio en formas de esfera reduce la viscosidad del adhesivo, el uso de fibras de vidrio reduce el mermado y a la vez aumenta la resistencia al impacto del adhesivo, el uso de óxido de aluminio reduce el coste.

Las cargas y rellenos que se incluyen en la formulación del adhesivo pueden influir en las siguientes propiedades o características del propio adhesivo:

• Reología
• Mojado
• Adhesión
• Curado
• Merma o contracción tras el curado
• Precio
• Propiedades mecánicas como la elongación, resistencia al impacto y vibraciones, módulo de elasticidad…
• Resistencia al calor, fuego, radiación…
• Conductividad térmica
• Conductividad eléctrica
• Coeficiente de expansión térmica
• Propiedades ópticas, color

Durante la fase de la formulación de las cargas que se van a utilizar en el adhesivo, hay que encontrar un equilibrio entre las propiedades que aporta cada tipo de relleno, puesto que puede producir efectos contrarios al deseado, por ejemplo, el uso de rellenos con poca viscosidad produce la concentración de estos mismos en la zona de adhesión o interface, impidiendo al polímero del adhesivo adherirse al sustrato, por otro lado el uso de cargas o rellenos con alta viscosidad aumentan la viscosidad del adhesivo empeorando las propiedades de mojado y por ende la adhesión del adhesivo al sustrato.

CONSIDERACIONES E IMPORTANCIA DE LOS MECANISMOS DE UNIÓN DE UN ADHESIVO

Por: Perla Itzel Alcántara Llanas

Un adhesivo es aquel material que tiene la función de unir dos sustratos, y normalmente estos adhesivos son polímeros orgánicos en estado líquido, que después de un curado se endurecen y cambian a estado sólido. Después de que un adhesivo es aplicado a los sustratos y es endurecido, existen dos fuerzas importantes que aseguran la unión y sujeción de los materiales, estas fuerzas son de adhesión y cohesión. La adhesión hace referencia a los mecanismos que provee el adhesivo y hace que éste se mantenga unido a cada parte del sustrato, esta unión es posible gracias a enlaces secundarios o fuerzas intermoleculares como las fuerzas de Van der Waals, que hacen que tanto sustrato como adhesivo interactúen entre sí, de manera que no se separen. Por otra parte, la cohesión corresponde a las fuerzas necesarias que mantienen unido al mismo adhesivo, y es una consecuencia de los enlaces intramoleculares, que en este caso son enlaces covalentes. Las propiedades de adhesión y la cohesión, implican el buen funcionamiento de un adhesivo, ya que si se tiene un equilibrio de ambas, se elimina la posibilidad de que ocurra desprendimiento del sustrato causas de cargas externas.

Por lo anterior, podemos inferir que es necesario establecer desde la formulación del adhesivo, la composición del mismo para poder obtener enlaces covalentes fuertes que provean de una alta estabilidad mecánica en estado sólido, cuidando que no se llegue a tener una dureza excesiva, ya que el material se volvería frágil, ocasionando la ruptura y desprendimiento de las partes, prefiriendo así a los adhesivos flexibles que podrán soportar cargas sin resquebrajarse ni desprenderse.

Además, la eficacia de un adhesivo se puede explicar en base a los mecanismos de adhesión, es decir, si ésta es por medios: mecánicos, electrostáticos, por adsorción, difusión, quimisorción o una combinación de ellos. En la difusión y quimisorción se aplica principalmente el concepto de la compatibilidad de los polímeros con los sustratos, pudiendo penetrar el polímero adhesivo en la superficie del material a unir. La difusión depende del peso molecular del adhesivo, es decir, se obtienen mejores resultados cuando las cadenas poliméricas son cortas, ya que tienen mayor movilidad y mejor capacidad de penetrar en el sustrato. 

En cuanto a la adhesión mecánica, es necesario contar con superficies porosas o rugosas para generar anclajes del adhesivo en la superficie del sustrato. Como se puede observar, en estos tipos de mecanismos es importante tener una viscosidad relativamente baja en los adhesivos para mejorar la penetración y humectación, sin embargo, en el mecanismo de unión por adsorción, no interviene la penetración, sino la adhesión por contacto. Aquí es importante que el polímero adhesivo tenga una buena mojabilidad, es decir, que tenga una baja tensión superficial frente a la energía de superficie del sustrato, generando así un ángulo de contacto menor a los 90°, estos ángulos se pueden conseguir más fácilmente con la adición de agentes surfactantes humectantes que reducirán la tensión superficial. La medición de los ángulos de contacto se puede llevar a cabo mediante un goniómetro o un tensiómetro.

Para obtener una adhesión eficiente, es preferible considerar varios de los mecanismos para así asegurar la unión a partir de varios aspectos, siendo tal vez la mojabilidad, la viscosidad y el tratamiento superficial del sustrato los más importantes.