Adeziv, orice substanță care este capabilă să țină materialele într-o manieră funcțională prin atașarea de suprafață care rezistă la separare. „Adeziv” ca termen general include ciment, mucilagiu, lipici și pastă - termeni care sunt adesea folosiți în mod interschimbabil pentru orice material organic care formează o legătură adezivă. Substanțele anorganice, cum ar fi cimentul portland, pot fi considerate adezivi, în sensul că acestea țin obiecte precum cărămizi și grinzi împreună prin atașarea de suprafață, dar acest articol este limitat la o discuție despre adezivi organici, atât naturali cât și sintetici.
Adezivii naturali sunt cunoscuți încă din antichitate. Sculpturile egiptene datând de 3.300 de ani ilustrează lipirea unei bucăți subțiri de furnir de ceea ce pare a fi o scândură de sicomor. Papirul, o țesătură timpurie nețesută, conținea fibre de plante de stuf, legate împreună cu pasta de făină. Bitum, gropi de copac și ceară de albine au fost folosite ca sigilante (acoperiri de protecție) și adezivi în timpurile străvechi și medievale. Frunza de aur a manuscriselor iluminate a fost lipită pe hârtie de albus de ou, iar obiectele din lemn au fost lipite cu lipici din pește, corn și brânză. Tehnologia lipiciilor de animale și pești a avansat în secolul al XVIII-lea, iar în secolul al XIX-lea au fost introduse cimenturi pe bază de cauciuc și nitroceluloză. Progresele decisive în tehnologia adezivilor au așteptat totuși secolul 20, timp în care adezivii naturali au fost îmbunătățiți și multe sintetice au ieșit din laborator pentru a înlocui adezivii naturali pe piață. Creșterea rapidă a industriilor aeronautice și aerospațiale în a doua jumătate a secolului XX a avut un impact profund asupra tehnologiei adezive. Cererea de adezivi care aveau un grad ridicat de rezistență structurală și erau rezistente atât la oboseală, cât și la condiții severe de mediu, au dus la dezvoltarea de materiale de înaltă performanță, care în cele din urmă și-au găsit drum în multe aplicații industriale și casnice.
Acest articol începe cu o scurtă explicație a principiilor aderenței și apoi trece la o revizuire a claselor majore de adezivi naturali și sintetici.
Adeziune
În performanța îmbinărilor adezive, proprietățile fizice și chimice ale adezivului sunt factorii cei mai importanți. De asemenea, este important să se stabilească dacă îmbinarea adezivă va avea performanțe adecvate sunt tipurile de aderentă (adică componentele care sunt unite - de exemplu, aliajul metalic, plasticul, materialul compozit) și natura pretratării suprafeței sau a grundului. Acești trei factori - adeziv, aderent și suprafață - au un impact asupra duratei de viață a structurii lipite. La rândul său, comportamentul mecanic al structurii lipite este influențat de detaliile proiectării îmbinării și de modul în care încărcările aplicate sunt transferate de la un adept la celălalt.
Implicit în formarea unei legături adezive acceptabile este capacitatea adezivului de a se uda și de a se răspândi pe aderentele care au fost unite. Atingerea unui astfel de contact molecular interfațial este o primă etapă necesară în formarea articulațiilor adezive puternice și stabile. Odată ce umezirea este obținută, forțele adezive intrinseci sunt generate pe interfață printr-o serie de mecanisme. Natura precisă a acestor mecanisme a făcut obiectul studiului fizic și chimic încă din anii’60, cu rezultatul că există o serie de teorii ale adeziunii. Mecanismul principal de adeziune este explicat de teoria adsorbției, care afirmă că substanțele se lipesc în primul rând din cauza contactului intermolecular intim. În articulațiile adezive acest contact este obținut prin forțe intermoleculare sau de valență exercitate de molecule în straturile de suprafață ale adezivului și aderentului.
Pe lângă adsorbție, au fost propuse alte patru mecanisme de adeziune. Prima, blocarea mecanică, apare atunci când adezivul curge în pori în suprafața aderentă sau în jurul proiecțiilor de pe suprafață. A doua, interdifuzie, rezultă când adezivul lichid se dizolvă și se difuzează în materiale aderente. În cel de-al treilea mecanism, adsorbția și reacția de suprafață, lipirea are loc atunci când moleculele adezive adsorbesc pe o suprafață solidă și reacționează chimic cu aceasta. Din cauza reacției chimice, acest proces diferă într-un anumit grad de adsorbția simplă, descrisă mai sus, deși unii cercetători consideră că reacția chimică este parte a unui proces total de adsorbție și nu un mecanism separat de adeziune. În sfârșit, teoria atracției electronice sau electrostatice sugerează că forțele electrostatice se dezvoltă la o interfață între materiale cu diferite structuri electronice ale benzilor. În general, mai multe dintre aceste mecanisme joacă un rol în atingerea nivelului de aderență dorit pentru diferite tipuri de adeziv și aderent.
La formarea unei legături adezive, în interfața dintre aderent și adeziv apare o zonă de tranziție. În această zonă, numită interfaza, proprietățile chimice și fizice ale adezivului pot fi considerabil diferite de cele din porțiunile necontacte. În general, se crede că compoziția interfaza controlează durabilitatea și rezistența unei articulații adezive și este în primul rând responsabilă pentru transferul de stres de la un aderent la altul. Regiunea interfazelor este frecvent locul atacului de mediu, ceea ce duce la eșecul articulației.
Rezistența legăturilor adezive este determinată de obicei prin teste distructive, care măsoară tensiunile stabilite la punctul sau linia de fractură a epruvetei. Sunt utilizate diferite metode de testare, inclusiv coji, forfecare la tundere, scindare și teste de oboseală. Aceste teste sunt efectuate pe o gamă largă de temperaturi și în diferite condiții de mediu. O metodă alternativă de caracterizare a îmbinării este prin determinarea energiei cheltuite în desprinderea unei zone a unității a interfazei. Concluziile obținute din astfel de calcule energetice sunt, în principiu, complet echivalente cu cele derivate din analiza stresului.
Materiale adezive
Practic, toți adezivii sintetici și anumiți adezivi naturali sunt compuși din polimeri, care sunt molecule gigantice sau macromolecule, formate prin legarea a mii de molecule mai simple cunoscute sub numele de monomeri. Formarea polimerului (o reacție chimică cunoscută sub numele de polimerizare) poate avea loc în timpul unei etape de „vindecare”, în care polimerizarea are loc simultan cu formarea de legături adezive (cum este cazul rășinilor epoxidice și cianoacrilate) sau polimerul poate fi format înainte ca materialul să fie aplicat sub formă de adeziv, ca și în cazul elastomerilor termoplastici, cum ar fi copolimerii bloc-stiren-izopren-stiren. Polimerii conferă rezistență, flexibilitate și capacitatea de a se răspândi și de a interacționa pe o suprafață aderentă - proprietăți care sunt necesare pentru formarea unor niveluri de aderență acceptabile.
Adezivi naturali
Adezivii naturali sunt în primul rând de origine animală sau vegetală. Deși cererea de produse naturale a scăzut de la mijlocul secolului XX, unele dintre ele continuă să fie utilizate cu produse din lemn și hârtie, în special în tablă ondulată, plicuri, etichete pentru sticle, legături de cărți, cutii de carton, mobilier și folii și folii laminate. În plus, datorită diverselor reglementări de mediu, adezivii naturali obținuți din resurse regenerabile primesc o atenție reînnoită. Cele mai importante produse naturale sunt descrise mai jos.
Adeziv animal
Termenul clei animal este de obicei limitat la lipici preparate din colagen de mamifere, principalul constituent proteic al pielii, oaselor și mușchilor. Atunci când este tratat cu acizi, alcaline sau apă caldă, colagenul insolubil normal devine lent. Dacă proteina originală este pură și procesul de conversie este ușor, produsul cu greutate moleculară mare se numește gelatină și poate fi utilizat pentru produse alimentare sau fotografice. Materialul cu o greutate moleculară inferioară produsă printr-o prelucrare mai viguroasă are, în mod normal, o culoare mai puțin pură și mai închisă și se numește clei animal.
Adezivul animal a fost utilizat în mod tradițional la îmbinarea lemnului, legătoria de cărți, fabricarea hârtiei șmirghelului, casetele gumate grele și aplicații similare. În ciuda avantajului său de ridicare inițială ridicată (lipicioasă), mult lipici animal a fost modificat sau înlocuit în întregime cu adezivi sintetici.
Adeziv cu cazeină
Acest produs este obținut prin dizolvarea cazeinei, o proteină obținută din lapte, într-un solvent alcalin apos. Gradul și tipul de alcali influențează comportamentul produsului. În legătura cu lemnul, lipiciile din cazeină sunt, în general, superioare adevăratelor lipici de animale, cu rezistență la umiditate și caracteristici de îmbătrânire. Cazeina este de asemenea folosită pentru a îmbunătăți caracteristicile aderente ale vopselelor și acoperirilor.
Adeziv albumen sânge
Adezivul de acest tip este obținut din albumen seric, o componentă a sângelui care poate fi obținută fie din sânge proaspăt animal sau din pulbere de sânge uscată solubilă la care s-a adăugat apă. Adăugarea de alcaline la amestecuri de albumen-apă îmbunătățește proprietățile adezive. O cantitate considerabilă de produse de clei din sânge este folosită în industria placajului.
Amidon și dextrină
Amidonul și dextrina sunt extrase din porumb, grâu, cartofi sau orez. Ele constituie principalele tipuri de adezivi vegetali, solubili sau dispersabili în apă și sunt obținuți din surse vegetale din întreaga lume. Lipici de amidon și dextrină sunt utilizate în ambalaje și ambalaje ondulate și ca adeziv pentru tapet.
