De la ciencia de la Química se derivan 5 ramas principales:

• Química Orgánica
• Química Inorgánica
• Química Analítica
• Fisico-Química
• Bioquímica

y aquí te compartimos un recuadro explicando que estudia cada una.

Sin embargo, además de estas cinco ramas principales de la química, existen muchas otras disciplinas, algunas se pueden derivar de las mismas ramas:

Agroquímica – La agroquímica examina los procesos químicos importantes para la agricultura.

Astroquímica – La astroquímica es el estudio de las reacciones químicas en el espacio.

Química de coordinación – La química de coordinación es el estudio de los complejos de coordinación, que consisten en un átomo central (normalmente un metal) rodeado de ligandos.

Química forense – La química forense aplica los principios químicos para investigar los delitos.

Geoquímica – La geoquímica es el estudio de los minerales, las rocas y la atmósfera de la Tierra u otro cuerpo planetario.

Química Médica – La química médica diseña, sintetiza y estudia fármacos y otros agentes terapéuticos.

Química organometálica – La química organometálica es un puente entre la química orgánica y la inorgánica. Es el estudio de los compuestos que contienen enlaces químicos entre el carbono y un metal.

Petroquímica – La petroquímica es la rama de la química orgánica que se centra en el procesamiento y el refinado del petróleo y el gas natural.

Fitoquímica – La fitoquímica es el estudio de las sustancias químicas derivadas de las plantas.

Química de los polímeros – La química de los polímeros es la subdisciplina de la química orgánica que se ocupa de la química de los plásticos y los polímeros.
Química nuclear – La química nuclear estudia los átomos y las reacciones químicas a nivel nuclear. Incluye el estudio químico de la fisión, la fusión y la desintegración radiactiva.

Radioquímica – La radioquímica estudia los radioisótopos y utiliza materiales radiactivos para estudiar las reacciones químicas.

Química del estado sólido – La química del estado sólido examina las reacciones y propiedades de la materia en la fase de estado sólido.

Espectroscopia – La espectroscopia es el estudio de las interacciones entre la luz y la materia.

Estereoquímica – La estereoquímica estudia la disposición espacial de los átomos en las moléculas.

Química de superficies – La química de superficies examina los procesos químicos en las superficies de los materiales.

Termoquímica – La termoquímica es la rama de la química física que se ocupa del calor en los sistemas químicos.

Química cuántica – La química cuántica aplica la mecánica cuántica y las matemáticas para describir el movimiento y la interacción de las partículas subatómicas en átomos y moléculas.

Y tú, ¿en qué rama de la Química te gustaría especializarte?

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Si se utilizara únicamente celulosa pura para fabricar papel, la alfombrilla de fibras sería algo soluble en agua y sólo los grupos polares de la superficie de las partículas y los enlaces de hidrógeno internos actuarían para mantener las fibras unidas.

Los pigmentos blancos, como la arcilla y el dióxido de titanio, se añaden para ayudar a «cimentar» las fibras y rellenar los huecos produciendo una superficie de escritura blanca y firme. Esto suele ocurrir como parte de un proceso de recubrimiento general.

La mayoría de los papeles se recubren para darles mayor resistencia y suavidad. El revestimiento es básicamente una pintura económica que contiene un pigmento y una pequeña cantidad de aglutinante polimérico. A diferencia de la mayoría de las superficies pintadas, la mayoría de los productos de papel se fabrican pensando en una vida útil corta con requisitos de rendimiento moderados. Los pigmentos típicos son materiales económicos de bajo índice de refracción, como la arcilla en plaqueta y el carbonato de calcio natural molido. El dióxido de titanio se utiliza sólo cuando se requiere una alta opacidad. El aglutinante o agente ligante, puede ser un almidón o un látex o una combinación de ambos.

Los látex suelen ser copolímeros de estireno, butadieno, acrílico y acetato de vinilo. También pueden añadirse otros aditivos y agentes colorantes para obtener papeles de rendimiento especial. Las resinas en forma de agentes de recubrimiento superficial y otros tratamientos superficiales especiales (como el recubrimiento con polipropileno y polietileno) se utilizan para productos de papel destinados a usos especiales, como cartones de leche, cartones de helado, materiales de construcción ligeros y vasos. La celulosa aporta la mayor parte del peso (normalmente alrededor del 90%) y de la resistencia, mientras que los aditivos y recubrimientos especiales proporcionan las propiedades especiales necesarias para el uso específico.

El reciclaje del papel sigue siendo ventajoso. Hoy en día, hasta la mitad de los productos de papel se reciclan, y esta fracción está aumentando a medida que hacemos un mejor trabajo de recolección y reciclaje de productos de papel.

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La soldadura por ultrasonido es un proceso por fricción que se puede utilizar para unir muchas piezas termoplásticas. El calor por fricción en esta forma de soldadura se genera por la vibración a alta frecuencia. Las piezas básicas de un dispositivo estándar de soldadura por ultrasonidos se muestran en el esquema a la derecha:

Durante la soldadura por ultrasonido, se genera un campo electrodinámico de alta frecuencia que hace resonar una punta o cuerno metálico que está en contacto con un sustrato. El cuerno hace vibrar el sustrato con suficiente rapidez en relación con un sustrato fijo para que se genere un calor significativo en la interfaz. Con la presión y el posterior enfriamiento, se puede obtener una fuerte unión.

La frecuencia que se utiliza generalmente en el ensamble ultrasónico es de 20 kHz porque la amplitud de la vibración y la potencia necesaria para fundir los termoplásticos son fáciles de conseguir. Sin embargo, esta potencia puede producir una gran cantidad de vibraciones mecánicas difíciles de controlar, y puede requerir herramientas grandes. Son posibles frecuencias más altas (40 kHz) que producen menos vibración y se utilizan generalmente para soldar polímeros termoplásticos de ingeniería y los polímeros reforzados. Las frecuencias más altas también son más apropiadas para las piezas más pequeñas y para las piezas en las que se requiere una menor degradación del material.

La soldadura por ultrasonido es limpia y rápida (20-30 piezas por minuto) y suele dar lugar a una unión tan fuerte como el material original. El método puede proporcionar componentes herméticamente sellados si toda la unión puede ser soldada de una sola vez. Las piezas grandes generalmente son demasiado masivas para ser unidas con una sola unión continua, por lo que es necesaria la soldadura por puntos. Es difícil obtener una unión completamente sellada con la soldadura por puntos.

El equipo de manejo de materiales puede ser fácilmente conectado al sistema de ultrasonido para mejorar aún más el ensamblaje rápido.

Los plásticos rígidos con un alto módulo de elasticidad son los mejores. Los plásticos rígidos transmiten fácilmente la energía ultrasónica, mientras que los plásticos más suaves tienden a amortiguar la energía antes de que llegue a la zona crítica de la unión. Generalmente se obtienen excelentes resultados con plásticos como el poliestireno(PS), SAN, ABS, policarbonato y acrílico. El PVC y los polímeros celulósicos tienden a atenuar la energía y a deformarse o degradarse en sus superficies. Se pueden unir plásticos diferentes si tienen temperaturas de fusión similares y son químicamente compatibles.

Materiales como el policarbonato y la poliamida (nylon) deben secarse antes de soldarse, de lo contrario su alto nivel de humedad interna provocará la formación de espuma e interferirá con la unión.

La soldadura por ultrasonido también puede utilizarse para unir plásticos a otros sustratos y para insertar piezas metálicas. También puede utilizarse para soldar por puntos dos componentes de plástico.

En la soldadura por puntos ultrasónica, la punta del cuerno pasa a través de la lámina superior para ser soldada. El plástico fundido forma un anillo elevado en la superficie que tiene la forma de la punta del cuerno. La energía también se libera en la interfaz de las dos láminas, produciendo calor por fricción. A medida que la punta penetra en el sustrato inferior, el plástico fundido desplazado fluye entre las láminas hacia el área precalentada y forma una unión permanente.

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Referencias:

• Encyclopedia of Polymer Science and Technology,  John Wiley & Sons, Inc. 2002
• Grim, R.A., “Welding Process for Plastics”, Advanced Materials and Processes, March 1995
• Dukane Corp.: https://www.dukane.com/plastic-welding-process/what-is-ultrasonic-welding/
• Foto Principal de Weber Ultrasonics: https://www.weber-ultrasonics.com/en/welding/

Un adhesivo es un material que se utiliza para unir dos objetos a través de medios no mecánicos. Se coloca entre los objetos, que normalmente se llaman adherentes cuando son parte de una pieza de prueba o sustratos cuando son parte de un ensamblaje, para crear una unión adhesiva. Aunque algunos adhesivos forman uniones que casi inmediatamente son tan fuertes como lo serían en el uso real, otros adhesivos requieren operaciones adicionales para que la unión alcance su fuerza total. Los adhesivos se pueden fabricar en varias formas físicas diferentes, y la forma de un adhesivo determinado definirá los posibles métodos de su aplicación al sustrato.

Un adhesivo está compuesto por una sustancia química base o una combinación de sustancias químicas que definen su clasificación química general. La mayoría de los adhesivos contienen un agente de curado o catalizador que provocará un aumento del peso molecular del sistema y, con frecuencia, la formación de una red polimérica. Casi todos los adhesivos también contienen aditivos o modificadores que mejoran al adhesivo y pueden influir significativamente en su comportamiento antes y después de la formación de la unión adhesiva. Estos aditivos incluyen disolventes, plastificantes, agentes taquificantes, cargas, pigmentos, agentes endurecedores, agentes de acoplamiento, estabilizadores, etc.

La unión con adhesivo es la opción obvia para la unión en los casos en que el sustrato es delgado y relativamente débil como el papel o una película de plástico o fuerte pero relativamente quebradizo, como el vidrio.

ADHESIÓN Y COHESIÓN

La cohesión se define como la fuerza interna de un adhesivo como resultado de una variedad de interacciones dentro del adhesivo. La adhesión es la unión de un material a otro, es decir, un adhesivo a un sustrato, debido a una variedad de posibles interacciones.

Los adhesivos pueden encontrarse en forma de líquidos de baja viscosidad, pastas viscosas, películas finas o gruesas, semi-sólidos o sólidos. Antes de su aplicación a un sustrato, no es necesario que el adhesivo sea pegajoso o particularmente adherente. Una excepción clara es el adhesivo sensible a la presión (PSA), que es inherentemente pegajoso cuando se elabora por primera vez. Dicho adhesivo se aplica como una película delgada con o sin respaldo, y la combinación del adhesivo y el respaldo define una cinta adhesiva. El PSA permanece a lo largo de su vida útil esencialmente el mismo material que cuando se fabricó por primera vez. Todas las demás formas y tipos de adhesivos sufren una transformación que es fundamental para su función como adhesivo.

Por pérdida de líquido, un adhesivo aplicado como una verdadera solución o una dispersión de sólidos se secará por pérdida de agua u otro solvente, dejando una película de adhesivo. Un sistema adhesivo reactivo formará enlaces químicos internos a través del proceso de reticulación, reacción química que une moléculas de cadena larga disímiles, o polimerización, reacción química que une unidades monoméricas similares.

ADHESIVOS SENSIBLES A LA PRESIÓN (PSA)

Los adhesivos sensibles a la presión son materiales inherente y permanentemente suaves y pegajosos que exhiben una adhesión instantánea o se pegan con muy poca presión a las superficies a las que se aplican. El nivel de adhesión puede aumentar con el tiempo y ser sorprendentemente alto. Los PSAs generalmente tienen una alta fuerza cohesiva y a menudo pueden ser removidos de los sustratos sin dejar un residuo. Algunas aplicaciones aprovechan la capacidad de un PSA para formar rápidamente una fuerte unión y bajo tensión, forzar la falla en otra parte del sistema, atributo que se utiliza con ventaja en los empaques a prueba de manipulaciones y en las etiquetas de precios. En el otro extremo del espectro se encuentran los PSA que pueden ser reposicionados repetidamente. Las principales características utilizadas para describir el rendimiento de los PSA son:

• Adhesividad (Tack)
• Fuerza de Pelado (peel strength)
• Resistencia a la Cizalla (shear strength) que mide la fuerza de cohesión

Muchas composiciones de PSA contienen una resina elastomérica base y un agente adherente (taquificante), que mejora la capacidad del adhesivo para unirse instantáneamente, así como su fuerza de unión. El elastómero puede ser útil sin reticulación, pero a menudo requerirá una reticulación química o física para establecer una fuerza de cohesión suficiente.

Los elastómeros que se utilizan como resina primaria o de base en los PSA multicomponentes que incluyen el hule natural, el polibutadieno, los poliorganosiloxanos, el hule de estireno-butadieno, el hule de estireno-butadieno carboxilado, el poliisobutileno, el hule butílico, el hule butílico halogenado y los polímeros en bloque a base de estireno con isopreno, butadieno, etileno-propileno o etileno-butileno. Cualquiera de estas resinas puede mezclarse entre sí para alterar u optimizar las propiedades.

Los polímeros que pueden ser útiles como PSA sin taquificación pero que pueden ser modificados de manera beneficiosa con su adición incluyen homopolímeros y copolímeros de poli(acrilato de alquilo), polivinil-éteres y poliolefinas amorfas. Los comonómeros útiles para los PSA de acrilato incluyen el ácido acrílico, el ácido metacrílico, el acrilato de laurilo y el ácido itacónico.

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