La Adhesión en los Polímeros
Los adhesivos han sido conocidos por la humanidad por miles de años. Los primeros adhesivos se basaron en proteínas obtenidas a partir de hervir huesos, albúmina, etc. Los adhesivos de hoy se basan en diferentes químicas. Se utilizan para unir diferentes sustratos. Normalmente los adhesivos son líquidos reactivos de bajo peso molecular (adhesivos estructurales) o polímeros visco-elásticos pegajosos (adhesivos sensibles a la presión). En el primer caso, el adhesivo se aplica como lıquido al sustrato y posteriormente se reticula químicamente (cura) y en el segundo caso se aplica con sobre el sustrato con cierta presión y sin necesidad de curado. En el caso de un revestimiento o pintura, tanto la adhesión química como la adhesión física son igualmente importantes.
La adhesión es la tendencia de dos superficies distintas a pegarse una a otra. Se puede medir en términos de trabajo de adhesión en J/m2. Es la energía necesaria para separar 1 m² de los materiales unidos. También se puede medir como despegado en N/m, que es la fuerza requerida para jalar una tira de 1 m de ancho de material. Así, las dos medidas son idénticas: 1 J/m2 es igual a 1 N/m.
Muchos ingenieros y científicos creen que la energía superficial es importante para la adhesión. Sin embargo, un aumento de la energía superficial no necesariamente mejora la adhesión, es decir, la energía que se requiere para separar un polímero visco-elástico
de una superficie (a menudo llamada trabajo de adhesión) no es directamente proporcional a la tensión superficial. Esto se puede mostrar fácilmente: La energía de superficie típica de un polímero está en el intervalo de 20 a 40 dyn/cm o 40 mN/m, mientras que los valores típicos de despegado están en el intervalo de 20 a 1,000 N/m. Por lo tanto, las fuerzas de adhesión son por lo menos 100 veces y típicamente 10,000 veces más fuertes. Por lo tanto, la tensión superficial juega solamente un papel menor para la adherencia contrario a lo que se cree a menudo. Sin embargo, la tensión superficial y la humectación siguen siendo importantes cuando se trata de iniciar la adhesión.
Entonces, ¿cuál es la causa raíz de la adhesión? De hecho, hay varios tipos de fuerzas que pueden ocurrir cuando las superficies entran en contacto cercano:
1. ADHESIÓN MECÁNICA
El polímero adherente (adhesivo) fluye en los huecos/poros del sustrato y, por lo tanto, se interconecta con la micro-porosidad como piezas de rompecabezas. Si el líquido se endurece como ocurre con el adhesivo estructural, se forma una unión fuerte entre el sustrato y el adhesivo.
2. ADHESIÓN NO ESPECÍFICA O DISPERSIVA
La adhesión dispersiva es causada por fuerzas intermoleculares no específicas (fuerzas de Van der Waals) que están presentes en todos los materiales. Estas fuerzas atractivas se originan de las interacciones dipolo – dipolo entre átomos y moléculas sin carga y son la principal causa de cohesión en materia condensada (líquidos y sólidos).
3. ADHESIÓN ELECTROSTÁTICA
La adhesión electrostática se basa en la formación de una doble capa eléctrica cuando dos materiales entran en contacto e intercambian electrones. Esto crea una fuerza de atracción electrostática o Coulomb entre dos materiales similar a lo que pasa con las dos placas de un capacitor.
4. ADHESIÓN ESPECÍFICA
La adhesión específica ocurre cuando los átomos /moléculas de las dos superficies adherentes forman enlaces específicos tales como enlaces de hidrógeno. Estas fuerzas son responsables del alto punto de ebullición de los líquidos de bajo peso molecular con dipolos fuertes tales como el agua, la glicerina, el metanol, etc.
5. ADHESIÓN QUÍMICA
La adhesión química es un caso especial de adhesión específica. Los átomos/moléculas de los dos materiales adherentes forman enlaces químicos que pueden ser de carácter iónico o covalente. Esta es generalmente la forma más fuerte de adhesión.
6. ADHESIÓN DE LA DIFUSIÓN
Algunos materiales pueden fundirse en la unión por difusión. Esto sucede cuando los dos materiales poliméricos son solubles entre sí y lo suficientemente móviles como para inter-difundirse. Este fenómeno se conoce como inter-difusión o interpenetración. Incluso un «entremezclado» modesto de los polímeros de los dos sustratos de plástico puede conducir a una adhesión notable y si los polímeros verdaderamente se entrelazan cuando atraviesan la interfase, se producirá una fuerte adhesión debido a la reticulación física (desorden).
Al separar los materiales adheridos, pueden ocurrir dos tipos de fallas. En el caso de una falla adhesiva, las uniones entre el adhesivo y la rotura adherente, es decir, no hay contaminaciones del adhesivo y el adhesivo permanecen en las superficies separadas. Este es el modo de falla preferido para cintas adhesivas sensibles a la presión. En el caso de falla cohesiva, la fractura aparece en el adhesivo o el adherido. Este es el modo de falla preferido para adhesivos estructurales.
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