Adhesivo, cualquier sustancia que es capaz de mantener los materiales unidos de manera funcional mediante la fijación de la superficie que resiste la separación. "Adhesivo" como término general incluye cemento, mucílago, pegamento y pasta, términos que a menudo se usan indistintamente para cualquier material orgánico que forme un enlace adhesivo. Las sustancias inorgánicas como el cemento portland también pueden considerarse adhesivos, en el sentido de que mantienen unidos objetos como ladrillos y vigas a través de la fijación de la superficie, pero este artículo se limita a una discusión sobre adhesivos orgánicos, tanto naturales como sintéticos.
Los adhesivos naturales se conocen desde la antigüedad. Las tallas egipcias que datan de 3.300 años representan el pegado de una delgada pieza de chapa a lo que parece ser una tabla de sicómoro. El papiro, una tela no tejida temprana, contenía fibras de plantas como juncos unidos con pasta de harina. El betún, las parcelas de los árboles y la cera de abejas se usaron como selladores (recubrimientos protectores) y adhesivos en la antigüedad y la Edad Media. La hoja de oro de los manuscritos iluminados estaba unida al papel con clara de huevo, y los objetos de madera estaban unidos con pegamentos de pescado, cuerno y queso. La tecnología de las colas de animales y peces avanzó durante el siglo XVIII, y en el siglo XIX se introdujeron los cementos a base de caucho y nitrocelulosa. Sin embargo, los avances decisivos en la tecnología de adhesivos aguardaron el siglo XX, durante el cual se mejoraron los adhesivos naturales y muchos sintéticos salieron del laboratorio para reemplazar los adhesivos naturales en el mercado. El rápido crecimiento de las industrias aeronáutica y aeroespacial durante la segunda mitad del siglo XX tuvo un profundo impacto en la tecnología de adhesivos. La demanda de adhesivos que tenían un alto grado de resistencia estructural y eran resistentes tanto a la fatiga como a las condiciones ambientales severas condujeron al desarrollo de materiales de alto rendimiento, que eventualmente llegaron a muchas aplicaciones industriales y domésticas.
Este artículo comienza con una breve explicación de los principios de adhesión y luego continúa con una revisión de las principales clases de adhesivos naturales y sintéticos.
Adhesión
En el desempeño de las juntas adhesivas, las propiedades físicas y químicas del adhesivo son los factores más importantes. También son importantes para determinar si la junta adhesiva funcionará adecuadamente son los tipos de adherentes (es decir, los componentes que se van a unir, por ejemplo, aleación de metal, plástico, material compuesto) y la naturaleza del pretratamiento de la superficie o imprimación. Estos tres factores (adhesivo, adherente y superficial) tienen un impacto en la vida útil de la estructura unida. El comportamiento mecánico de la estructura unida a su vez está influenciado por los detalles del diseño de la junta y por la forma en que las cargas aplicadas se transfieren de una a otra.
Implícito en la formación de un enlace adhesivo aceptable está la capacidad del adhesivo de humedecerse y extenderse sobre los adherentes que se unen. El logro de dicho contacto molecular interfacial es un primer paso necesario en la formación de juntas adhesivas fuertes y estables. Una vez que se logra la humectación, se generan fuerzas adhesivas intrínsecas a través de la interfaz a través de varios mecanismos. La naturaleza precisa de estos mecanismos ha sido objeto de estudio físico y químico desde al menos la década de 1960, con el resultado de que existen varias teorías de adhesión. El principal mecanismo de adhesión se explica por la teoría de la adsorción, que establece que las sustancias se adhieren principalmente debido al contacto íntimo intermolecular. En las juntas adhesivas, este contacto se logra mediante fuerzas intermoleculares o de valencia ejercidas por las moléculas en las capas superficiales del adhesivo y se adhieren.
Además de la adsorción, se han propuesto otros cuatro mecanismos de adhesión. El primer enclavamiento mecánico ocurre cuando el adhesivo fluye hacia los poros en la superficie adherente o alrededor de las proyecciones en la superficie. El segundo, la interdifusión, se produce cuando el adhesivo líquido se disuelve y se difunde en materiales adherentes. En el tercer mecanismo, la adsorción y la reacción superficial, la unión ocurre cuando las moléculas adhesivas se adsorben sobre una superficie sólida y reaccionan químicamente con ella. Debido a la reacción química, este proceso difiere en cierto grado de la adsorción simple, descrita anteriormente, aunque algunos investigadores consideran que la reacción química es parte de un proceso de adsorción total y no un mecanismo de adhesión separado. Finalmente, la teoría de la atracción electrónica o electrostática sugiere que las fuerzas electrostáticas se desarrollan en una interfaz entre materiales con diferentes estructuras de banda electrónica. En general, más de uno de estos mecanismos desempeña un papel en el logro del nivel deseado de adhesión para varios tipos de adhesivos y adherentes.
En la formación de un enlace adhesivo, surge una zona de transición en la interfaz entre adherente y adhesivo. En esta zona, llamada interfase, las propiedades químicas y físicas del adhesivo pueden ser considerablemente diferentes de las de las partes sin contacto. En general, se cree que la composición de interfase controla la durabilidad y resistencia de una unión adhesiva y es la principal responsable de la transferencia de tensión de un adherente a otro. La región interfásica es con frecuencia el sitio del ataque ambiental, lo que lleva a un fallo articular.
La resistencia de las uniones adhesivas generalmente se determina mediante pruebas destructivas, que miden las tensiones establecidas en el punto o línea de fractura de la pieza de prueba. Se emplean varios métodos de prueba, que incluyen pelado, cizallamiento por tensión, escisión y pruebas de fatiga. Estas pruebas se llevan a cabo en un amplio rango de temperaturas y en diversas condiciones ambientales. Un método alternativo para caracterizar una junta adhesiva es determinar la energía gastada en la separación de un área unitaria de la interfase. Las conclusiones derivadas de tales cálculos de energía son, en principio, completamente equivalentes a las derivadas del análisis de estrés.
Materiales adhesivos
Prácticamente todos los adhesivos sintéticos y ciertos adhesivos naturales están compuestos de polímeros, que son moléculas gigantes, o macromoléculas, formadas por la unión de miles de moléculas más simples conocidas como monómeros. La formación del polímero (una reacción química conocida como polimerización) puede ocurrir durante una etapa de "curado", en la que la polimerización tiene lugar simultáneamente con la formación de enlaces adhesivos (como es el caso con las resinas epoxi y los cianoacrilatos), o el polímero puede ser formado antes de que el material se aplique como adhesivo, como con elastómeros termoplásticos tales como copolímeros de bloque de estireno-isopreno-estireno. Los polímeros imparten resistencia, flexibilidad y la capacidad de extenderse e interactuar en una superficie adherente, propiedades que se requieren para la formación de niveles de adhesión aceptables.
Adhesivos naturales
Los adhesivos naturales son principalmente de origen animal o vegetal. Aunque la demanda de productos naturales ha disminuido desde mediados del siglo XX, algunos de ellos continúan utilizándose con productos de madera y papel, particularmente en cartón corrugado, sobres, etiquetas de botellas, encuadernaciones de libros, cajas de cartón, muebles y láminas y láminas laminadas.. Además, debido a varias regulaciones ambientales, los adhesivos naturales derivados de recursos renovables están recibiendo una atención renovada. Los productos naturales más importantes se describen a continuación.
Pegamento animal
El término pegamento animal generalmente se limita a pegamentos preparados a partir de colágeno de mamíferos, el principal componente proteico de la piel, los huesos y los músculos. Cuando se trata con ácidos, álcalis o agua caliente, el colágeno normalmente insoluble se vuelve soluble lentamente. Si la proteína original es pura y el proceso de conversión es leve, el producto de alto peso molecular se llama gelatina y puede usarse para alimentos o productos fotográficos. El material de menor peso molecular producido por un procesamiento más vigoroso es normalmente menos puro y de color más oscuro y se llama pegamento animal.
El pegamento animal se ha utilizado tradicionalmente en la unión de madera, encuadernación de libros, fabricación de papel de lija, cintas adhesivas pesadas y aplicaciones similares. A pesar de su ventaja de una alta adherencia inicial (pegajosidad), gran parte del pegamento animal ha sido modificado o reemplazado por completo por adhesivos sintéticos.
Pegamento de caseína
Este producto se elabora disolviendo la caseína, una proteína obtenida de la leche, en un disolvente alcalino acuoso. El grado y tipo de álcali influye en el comportamiento del producto. En la unión de madera, las colas de caseína generalmente son superiores a las colas de animales verdaderas en cuanto a resistencia a la humedad y características de envejecimiento. La caseína también se usa para mejorar las características de adherencia de pinturas y recubrimientos.
Pegamento de albúmina de sangre
El pegamento de este tipo está hecho de albúmina sérica, un componente sanguíneo que puede obtenerse de sangre animal fresca o polvo de sangre soluble seca al que se ha agregado agua. La adición de álcali a mezclas de albúmina y agua mejora las propiedades adhesivas. Una cantidad considerable de productos de pegamento de la sangre se utiliza en la industria de la madera contrachapada.
Almidón y dextrina
El almidón y la dextrina se extraen del maíz, el trigo, las papas o el arroz. Constituyen los principales tipos de adhesivos vegetales, que son solubles o dispersables en agua y se obtienen de fuentes vegetales en todo el mundo. Las colas de almidón y dextrina se usan en cartón corrugado y empaques y como adhesivo para papel tapiz.
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