Colas y adhesivos

Introducción.

Los adhesivos son mezclas de polímeros o monómeros, que polimerizan durante el proceso de adhesión, con otros aditivos como antioxidantes, estabilizantes, plastificantes, retardantes entre otros, con la participación o no de disolventes.

La adhesión se puede definir como la fuerza capaz de mantener unidas las moléculas de materiales de distinta naturaleza. Por el contrario, el término cohesión se emplea para designar a la fuerza de atracción entre las moléculas de un mismo material. La adhesión se trata de un fenómeno abordable desde diferentes disciplinas, aunque todas ellas caen dentro del ámbito de la físico-química.

Son numerosas las teorías postuladas para interpretar el fenómeno de la adhesión. La teoría mecánica considera que la adhesión ocurre por el anclaje del material adhesivo en los poros y puntos de rugosidad del sustrato. En la teoría de la difusión, es precisa la interdifusión de moléculas entre las superficies de los materiales en contacto. En la teoría de la adsorción termodinámica o de la humectación, la adhesión es el resultado de la interacción física de las superficies en contacto, por el efecto del mojado, dependiente de la tensión superficial. La teoría de la adhesión química considera que se producen enlaces covalentes entre las superficies, siendo esta situación en la que la unión es más resistente, dificultando la separación de los sustratos.

La combinación de estas teorías permite resaltar los aspectos de la adhesión que se pueden comprobar experimentalmente:

• La proximidad entre las superficies es decisiva, ya que se obtienen mejores uniones cuanto más flexibles son los materiales que se unen.
• La presencia de grupos con carga electrostática permite obtener uniones más sólidas.
• La similitud en los parámetros de solubilidad del adhesivo y del sustrato favorece la adhesión.
• El espesor de la capa de adhesivo influye en su capacidad de adhesión.

Características técnicas principales. Clasificación.

Aunque el desarrollo de adhesivos está constantemente en investigación, en líneas generales puede hablarse de tres grandes grupos de adhesivos.

1.-Adhesivos solubles en agua.

Estos adhesivos están basados en polímeros naturales como almidones y dextrinas o sintéticos como las emulsiones de poli(acetato de vinilo) (PVAc). La película de adhesivo se origina por evaporación del agua, utilizada como solvente. La aplicación más extendida para este tipo de adhesivos es la obtención de cartón ondulado y el pegado de papel y cartón para la obtención de cajas y bolsas. Las principales ventajas que aporta son facilidad de manejo en fábrica, facilidad de limpieza y coste razonables. Como inconvenientes, se pueden enumerar el lento desarrollo de la capacidad de unión, adhesión muy limitada sobre materiales plásticos y recubrimientos poliméricos y la pobre resistencia a la humedad.

El PVAc es el adhesivo en base agua de uso más extendido. Se prepara por polimerización en emulsión con alcohol polivinílico (PVA) ó 2-hidroxietilcelulosa éter como estabilizadores. Además puede incorporar plastificantes, cargas, solventes, antiespumantes y conservantes. Las emulsiones se pueden presentar en un amplio intervalo de consistencia: desde líquidos lechosos a pastas espesas. Las aplicaciones son numerosos: pegado para la formación de cajas de cartón y cartoncillo, formación de tubos o ejes espirales de cartón y formación de bolsas de papel. Se trata de adhesivos que desarrollan rápidamente la capacidad de adhesión, por lo que permiten alcanzar mayores productividades. Aportan buena dureza, siendo resistentes tanto al frío como al calor. El PVAc se puede copolimerizar con etileno o ésteres acrílicos, para mejorar la adhesión, especialmente si se van a aplicar sobre sustratos plásticos.

2.-Adhesivos vehiculizados en disolventes orgánicos.

El disolvente facilita la distribución uniforme del adhesivo en las superficies a unir y al evaporarse permite obtener la película fijada a las mismas. Los polímeros que participan mayoritariamente en este tipo de adhesivos son elastómeros que pueden ser derivados del caucho natural o sinténticos, copolímeros de estireno-butadieno (SBR). Estos adhesivos suelen ser sensibles a la presión, por esta razón intervienen en cintas adhesivas y etiquetas. Dentro de este mismo grupo están los adhesivos derivados del poliuretano que se emplean para la obtención de películas laminadas plásticas destinadas a las más diversas aplicaciones: bolsas y tapas de envases termoformados. Aportan excelentes propiedades como son dureza y rigidez, flexibilidad, claridad y resistencia a la temperatura. Finalmente, copolímeros de etileno y vinil-acetato se utilizan en aplicaciones de sellado por calor mediante la aplicación de bandas laterales para el sellado, que permite la formación de las costuras verticales en bolsas obtenidas en máquinas de formado-llenado-sellado. También pueden encontrarse en tapas de productos lácteos y de porciones individuales de mermeladas.

La utilización de este grupo de adhesivos se va reduciendo por el riesgo que supone el empleo de los disolventes y los problemas medioambientales de los mismos.

3.-Adhesivos sin solventes.

Este tipo de adhesivos surge como respuesta al aporte de energía que requieren los adhesivos que utilizan un solvente (orgánico o acuoso), para la evaporación de éstos y por los problemas medioambientales que conllevan. Estos adhesivos, también pueden incluirse dentro del concepto de adhesivos reactivos. Para más detalles, puede consultarse el apartado técnico de Complejos. Además, de los adhesivos comentados en el citado apartado técnico, otro tipo a considerar son las resinas epoxi bicomponente formadas por una resina epoxi fluida y un reactivo como una poliamida que contenga grupos amina libres. Ambos componentes se mezclan previamente a temperatua ambiente y reaccionan para generar la adhesión. Finalmente incluir los adhesivos cuya polimerización es inducida por radiación U.V. La base química de los mismos son acrilatos o epoxi. Ambos requieren la inclusión, en su formulación, de fotoiniciadores o sustancias activas a dicha radiación que desencadenan el proceso de polimerización. La ventaja que aportan es que la acción de la radiación sustituye la necesidad de utilizar los adhesivos bicomponentes. Las propiedades del producto resultante son comparables a las obtenidas cuando se utilizan los dos componentes.

Factores que influyen en la adhesión.

1.-Sustrato.

• Rugosidad o suavidad de un sustrato. Afecta al área de contacto de un adhesivo. Si el sustrato es muy rugoso, el contacto sólo puede ocurrir en las “crestas” o “colinas” de la superficie, pero los “valles no estarán en contacto con el adhesivo. El área de contacto real será muy inferior a la visual e inicialmente prevista, resultando en una adhesión pobre. Por tanto, un adhesivo para una aplicación de estas características se requiere que posea la fluidez y humectabilidad adecuadas para alcanzar todos los “valles”. También será preciso utilizar un gramaje de adhesivo mayor.
• Humedad. La humedad presente en las superficies a unir puede interferir con el proceso. Por ejemplo, hay determinados adhesivos que requieren de la humedad ambiental y/o del sustrato para desarrollar la adhesión. Por otra parte, hay situaciones muy frecuentes en la industria alimentaria en las que la aplicación del adhesivo se realiza sobre superficies que pueden contener agua de condensación. Hay determinados adhesivos como los que son en base agua, que pueden tolerar una cierta cantidad de humedad, pero si ésta es excesiva, el adhesivo puede llegar a no cumplir su función. Ante situaciones así, la alternativa sería utilizar adhesivos tipo hot-melt o en base disolvente.
• Tensión superficial. La tensión superficial representa la fuerza con la que las moléculas superficiales de un fluido son atraídas hacia la masa de dicho fluído. Cuando este fluido entra en contacto con una superficie sólida u otro líquido, dichas moléculas superficiales se ven sometidas a un sistema de fuerzas con una resultante. Según sea dicha fuerza resultante podrá hablarse de que el fluido moja o no moja la superficie. Para que el adhesivo humedezca el sustrato, la tensión superficial del adhesivo debe ser inferior, o a lo sumo igual, a la tensión superficial del sustrato. De esta forma, el adhesivo fluye sobre la superficie fácilmente y resulta más fácil para el adhesivo unirse al sustrato. Un caso particular lo constituyen los adhesivos removibles. No es fácil combinar una excelente removibilidad a largo plazo con una elevada tensión superficial inicial. Los problemas surgen a medida que el tiempo aumenta porque la adhesión progresa.
• Forma. La forma de las superficies a unir puede suponer una limitación a la elección del adhesivo. Por ejemplo superficies convexas de radio muy pequeño o esquinas de cajas. Para ello el adhesivo debe aportar una elevada cohesión interna y, si el mismo, está sobre una cinta, el material de dicha cinta deber ser lo suficientemente flexible, como para que no tire del adhesivo.

2.-Temperatura.

Las propiedades físico-químicas y, entre ellas, las reológicas dependen directamente de la temperatura. A temperaturas inferiores a las recomendadas en sus especificaciones técnicas, los adhesivos se endurecen, reduciendo la adhesión, especialmente la adhesión inmediata. A temperaturas altas se ablandan, como consecuencia de la reducción de la cohesión interna. El aumento de temperatura conlleva la progresión del reblandecimiento y el aumento de adhesión porque se favorece que el adhesivo fluya y el área de contacto con el sustrato aumenta. Sin embargo, un excesivo calentamiento, conduce a que el adhesivo pierda sus propiedades adhesivas e, incluso, la degradadación de los componentes responsables de la adhesión, por lo que el resultado es la pérdida de adhesión.

3.-Resistencia a la oxidación y a la radiación U.V.

La oxidación implica el envejecimiento del adhesivo. Las temperaturas elevadas aumentan el índice de oxidación. En la formulación del adhesivo se incluyen estabilizantes para reducir el índice de oxidación y prolongar su vida de almacenamiento. Cuando ocurre la oxidación, en primer lugar, el adhesivo empieza a ponerse amarillo, pierde gradualmente sus propiedades de adhesión y finalmente se endurece, hasta impedir su manipulación. La radiación U.V. es significativa cuando el adhesivo se emplea para unir soportes transparentes.

Normativa.