En esta entrada del blog, exploraremos los principios que rigen la unión de materiales mediante adhesivos y examinaremos cómo se utilizan en diversas industrias y en la vida cotidiana.
En nuestra vida diaria utilizamos muchas herramientas. Usamos tijeras para cortar, bolígrafos para escribir y pegamento para fijar una horquilla que se ha soltado. Las tijeras y los bolígrafos son herramientas que hemos usado durante siglos, con funciones y principios de funcionamiento relativamente sencillos. Sin embargo, el pegamento y los adhesivos son un desarrollo tecnológico relativamente reciente que nos aporta una gran comodidad. Al usar pegamento o adhesivo para unir algo, no solo pensamos en unir dos objetos, sino también en la resistencia y la durabilidad de esa unión. Numerosos principios científicos se esconden tras estas acciones cotidianas de cortar, escribir y pegar. Este artículo pretende explicar el principio de funcionamiento de los adhesivos, una de las muchas herramientas que usamos con frecuencia en la vida diaria.
Probablemente te hayas preguntado alguna vez cómo los adhesivos logran unir dos materiales. Antes de adentrarnos en los principios de los adhesivos, definamos la adhesión. La adhesión es el estado en el que dos materiales se integran mediante fuerzas químicas, físicas o ambas. En pocas palabras, las fuerzas intermoleculares entre los polímeros del adhesivo logran la adhesión. Para comprender este proceso, es fundamental tener un conocimiento básico de la estructura molecular y las interacciones. Los polímeros son, literalmente, moléculas con un alto peso molecular; es decir, largas cadenas de átomos. Las fuerzas intermoleculares se refieren a las interacciones entre moléculas vecinas, distintas de las fuerzas (enlaces químicos) que forman los átomos en moléculas. La esencia de estas interacciones es la fuerza electrostática, que es más fuerte cuando las moléculas son más grandes y la distancia entre ellas es menor. Por lo tanto, los polímeros de moléculas grandes son los componentes principales que se utilizan en los adhesivos.
Los adhesivos comunes se utilizan disueltos en un disolvente, generalmente agua. El agua actúa como vehículo para los polímeros, transportándolos y permitiéndoles penetrar en la estructura del material base. Una vez que se evapora la humedad del adhesivo, los polímeros que contiene utilizan sus fuerzas de atracción mutua para unir firmemente los dos materiales. Sin embargo, aplicar demasiado adhesivo provoca que los polímeros se repelan entre sí, impidiendo una correcta atracción intermolecular. El exceso de adhesivo también dificulta la evaporación del disolvente (agua). Aplicar una capa demasiado gruesa de adhesivo reduce la eficacia de la adhesión. Esto se debe a que el principio de la unión adhesiva se basa en las interacciones intermoleculares, no en la viscosidad inherente del adhesivo.
Para comprender las diversas aplicaciones de los adhesivos, es fundamental entender mejor su mecanismo de acción. Por ejemplo, el rendimiento de un adhesivo puede verse significativamente afectado por factores ambientales como la temperatura y la humedad. Al usar adhesivos, deben considerarse cuidadosamente las condiciones ambientales, y en ciertas situaciones pueden requerirse adhesivos especializados. Dado que las condiciones de uso adecuadas varían según el tipo de adhesivo, se están desarrollando diversos adhesivos para satisfacer estos requisitos específicos.
El mismo principio explica por qué el adhesivo dentro de un envase no se adhiere a sí mismo ni a las paredes del envase. Los polímeros dentro del envase están disueltos en disolventes, incluido el agua. En este punto, los polímeros están muy separados entre sí. Como se explicó anteriormente, las fuerzas intermoleculares son más fuertes cuando la distancia entre las moléculas es menor. Por lo tanto, si el agua queda atrapada entre los polímeros, las fuerzas intermoleculares se debilitan. Además, los adhesivos generalmente no utilizan polímeros directamente. Una sustancia de bajo peso molecular disuelta en un disolvente experimenta espontáneamente una reacción de condensación al entrar en contacto con el oxígeno del aire, convirtiéndose en un polímero para lograr la adhesión. Aquí, una reacción de condensación se refiere a la reacción en la que una sustancia de bajo peso molecular forma una sustancia de alto peso molecular. Por lo tanto, al almacenar adhesivos, se añade una sustancia que inhibe la reacción de condensación para evitar la autoadhesión. En los adhesivos viejos, este inhibidor de condensación se evapora, lo que provoca que el adhesivo se endurezca y se deteriore.
Los adhesivos se pueden clasificar en tres tipos principales. En primer lugar, están los adhesivos que utilizan polímeros en solución, como la pasta de almidón y la pasta de caucho. En segundo lugar, están los adhesivos que parten de líquidos de bajo peso molecular, pero que se polimerizan tras su aplicación. Por último, están los adhesivos que requieren calentar polímeros sólidos para fundirlos y lograr la unión. Esta diversidad de adhesivos se debe a sus propiedades químicas únicas. Cada tipo está diseñado para diferentes aplicaciones, y algunos se han convertido en elementos indispensables en industrias específicas.
La resina epoxi, ampliamente utilizada en la vida cotidiana y la producción industrial, pertenece al segundo tipo. Como resina sintética, abarca una amplia gama de productos, desde líquidos hasta sólidos, que se diferencian por su punto de fusión. La resina epoxi más utilizada comercialmente es la de tipo éter, producida por la reacción de condensación de ECH y BPA, conocida como DPP. En resumen, las sustancias de bajo peso molecular ECH y BPA reaccionan en presencia de hidróxido de sodio para formar un polímero con propiedades adhesivas. Esta resina epoxi proporciona una fuerte adhesión y durabilidad, lo que la hace ampliamente utilizada en sectores de alta tecnología como componentes para la automoción y la aeronáutica, materiales de construcción, entre otros.
Los adhesivos tienen un uso muy extendido. Tan solo la resina epoxi, por ejemplo, tiene un valor de producción anual de aproximadamente 15 000 millones de dólares. La fabricación, los procesos de semiconductores y las aplicaciones militares también requieren una unión exhaustiva, para lo cual se eligen adhesivos específicos. El crecimiento sostenido de la industria de los adhesivos está estrechamente ligado al desarrollo de nuevos materiales. A medida que surgen nuevos materiales, la investigación y el desarrollo de adhesivos para unirlos eficazmente avanzan activamente. Los adhesivos están ampliando sus aplicaciones potenciales más allá de los usos tradicionales, abarcando diversos campos nuevos.
Los adhesivos no solo se utilizan para la unión tradicional, sino que también se aplican ingeniosamente en nuevos campos. Las máquinas de vapor de los barcos sufren una corrosión severa debido a la inmersión prolongada en soluciones salinas a alta temperatura. Además, las piezas fijadas con tornillos aceleran la corrosión bajo fuertes vibraciones. En tales casos, la aplicación de un adhesivo adecuado entre los componentes antes de fijarlos con tornillos crea una unión más robusta y previene la corrosión. Asimismo, el uso de adhesivos como parches ha aumentado significativamente en el campo de la biotecnología. Desde los parches que se aplican comúnmente para el acné, los inventos recientes incluyen adhesivos aptos para la unión cardíaca. Estos adhesivos son prometedores para su uso en cirugía cardíaca, obstetricia y ginecología, y cirugía abdominal. Estos bioadhesivos están compuestos de sustancias inocuas para el cuerpo humano y desempeñan un papel crucial en la reducción de los tiempos de recuperación y la prevención de infecciones en los sitios quirúrgicos. En la medicina moderna, los adhesivos han trascendido su función como simples herramientas industriales para convertirse en instrumentos esenciales en biotecnología.
