CIÊNCIA DOS MATERIAIS III: OS ADESIVOS

Agora que já vimos como a química do material pode interferir em suas propriedades e já falamos sobre vidro e sobre materiais antiaderentes, vamos ver o outro lado. Quando você precisa fixar duas superfícies juntas, o que você usa: cola ou fita adesiva? Como você baseia sua escolha de qual irá utilizar? Qual deles tem a maior força adesiva? Será que tem uma resposta universal para isso? Por que isso importa em termos industriais?

A decisão de qual adesivo usar não é apenas uma questão do nosso dia-a-dia doméstico. A escolha entre cola e fita adesiva é também uma questão importante industrialmente, e fabricantes se defrontam constantemente com tal escolha. Mesmo que adesivos não sejam utilizados na confecção do produto em si, quase todas as indústrias precisam lidar com a escolha dos adesivos, seja para escolher o tipo certo de cola capaz de suportar o calor dentro de um motor ou a melhor forma de embalar seus produtos para transporte. Por isso, conhecer as propriedades e o princípio de funcionamento de cada um desses adesivos é importante também para um Engenheiro Químico, mesmo que ele não venha a trabalhar diretamente em uma indústria de colas ou fitas adesivas.

Antes de mais nada, é preciso diferenciar os dois tipos de adesivos. Os dois tipos de adesivos mais comuns são as colas líquidas e as fitas adesivas.

As colas liquidas podem ser de dois tipos. Primeiramente têm-se as colas que são formuladas com solventes, que podem ser tanto orgânicos quanto água. Os solventes são utilizados na composição de colas líquidas porque são eles que impedem que a cola endureça dentro do tubo. Quando em contato com o ar, o solvente evapora e a cola endurece, fixando-se ao substrato. Existem ainda as chamadas colas de reação, que geralmente possuem uma base epóxi e de poliuretano e não possuem solventes.

Em ambos os casos, o princípio é o mesmo: elas são formadas por moléculas de polímeros que interagem entre si e com a superfície com a qual a cola interage para fixação. As colas à base de água são sintetizadas com polímeros naturais, tais como a goma arábica, ou sintéticos, tais como o acetato de polivilina dissolvidos em água. Quando dissolvidos em água, as moléculas dos polímeros interagem pouco entre si e a cola permanece líquida. Em contato com a superfície, a água irá evaporar e as moléculas começarão a interagir entre si. Essas colas são laváveis e perdem sua capacidade de aderência quando expostas à água justamente porque os polímeros que a foram são solúveis em água.

Já as colas à base de solventes são formuladas com polímeros sintéticos que não são solúveis em água. Geralmente essas colas secam mais rapidamente do que as colas à base de água, devido à maior volatilidade dos solventes orgânicos. Por outro lado, a evaporação de solventes potencialmente tóxicos pode ser um problema do uso desse tipo de cola. Essas colas são resistentes a água justamente porque os polímeros não são solúveis em água.

Já as colas de reação são formadas por monômeros que se polimerizam em contato com o ar. Em alguns casos, essas colas possuem um iniciador da polimerização em sua composição e esse iniciador só é ativado quando em contato com o ar com a umidade presente no ar. Atualmente, as colas mais fortes que existem são as colas de cianoacrilato. Nessas colas, a polimerização se dá através do ataque de um composto básico à ligação dupla do monômero, mas a particularidade dos cianoacrilatos é que mesmo quantidades pequenas de bases muito fracas, como etanol ou água costumam ser suficientes para iniciar a polimerização. Por isso, o iniciador mais comum dessas colas é a hidroxila da água e elas são capazes de se ligar a qualquer superfície em que haja a menor quantidade de água.

Figura 7. Estrutura do grupamento cianoacrilato

Por isso, essas colas são chamadas de “supercolas”. Essas colas formam ligações bastante fortes entre as partes. Esse tipo de cola também tem a capacidade de colar tecidos, o que faz com que tenha que ser manuseada com cuidado, mas também confere a ela aplicações médicas e cirúrgicas. Algumas vezes a cola pode ser aplicada diretamente. Outras, ela pode ser usada para embeber adesivos usados para curativos.

No caso das fitas, o princípio é diferente, pois utilizam-se adesivos que são sensíveis à pressão e que aderem à superfície assim que são comprimidos contra ela.  As fitas normalmente consistem de um apoio revestido de compostos elásticos de borracha ou equivalentes e um composto denominado tackifier, que é o componente “pegajoso”. A aderência das fitas é determinada pela proporção entre o componente elástico e o tackifier, a espessura do adesivo no componente elástico e o tipo de material elástico.

Não há reações químicas envolvidas. O adesivo “escoa” entre as rachaduras e sulcos da superfície, conforme na Figura 8. Essa habilidade de deslizar para dentro das rachaduras e sulcos é chamada de viscoelasticidade. Uma vez que o adesivo visoelástico preencheu essas rachaduras microscópicas, as moléculas do adesivo e da superfície estão próximas o suficiente para formar as forças de van der Waals.

Figura 8. Aplicação de uma fita adesiva a uma superfície

Agora vamos falar em termos de escolha de qual adesivo usar. Na verdade, não existe uma resposta universal. Nenhum dos dois tipos de adesivos funciona em 100% dos casos. É a aplicação e as propriedades desejadas que irão determinar o adesivo mais adequado.

O que determina a força adesiva de um adesivo, seja ele cola ou fita adesiva, são as forças coesivas e as forças adesivas. As forças adesivas acontecem entre as moléculas do adesivo e as moléculas da superfície à qual o adesivo está grudando. Já as forças coesivas acontecem entre as moléculas do próprio adesivo.

Tanto as forças adesivas quanto coesivas das colas são fortes, mas o processo de secagem torna esse processo irreversível, o que significa dizer que se uma superfície é quebrada após ter sido colada, ela precisa de uma nova aplicação de cola para que seja novamente fixada.

Quando uma fita adesiva é aplicada a uma superfície, ela forma ligações mais fracas e reversíveis, que se baseiam justamente nas forças de Van der Waals formadas entre as moléculas da fita e as moléculas da superfície.

Em termos de força absoluta de ligações adesivas, as colas são mais fortes que as fitas. No entanto, dependendo da aplicação, o uso de fitas adesivas pode ter vantagens ou ainda ser a única opção viável.

No setor industrial, algumas das vantagens das fitas adesivas não só em relação à cola, mas também a outras formas de fixação, tais como parafusos e solda são:

  • Fixação imediata, reduzindo tempos de montagem
  • Fixação imperceptível, facilitando o design de produtos
  • Não há evaporação de compostos potencialmente tóxicos, pois não há solventes
  • Não há vestígios do adesivo após sua remoção
  • Pode ser aplicada em superfícies irregulares, pois se ajusta a formatos complexos
  • Pode ser usada quando a superfície de contato entre as superfícies é pequena
  • Distribuição das forças criadas por impactos por toda a superfície, diferentemente de soldas, rebites e parafusos, que criam pontos de tensão na superfície
  • Suportam ciclos térmicos e taxas de cisalhamento mais extremos do que colas
  • Auxiliam na vedação e no amortecimento de vibrações

Uma curiosidade interessante é que colas líquidas não funcionam em gravidade zero. Assim, embora colas sejam utilizadas para construir foguetes e satélites especiais, em caso de uma reparação de emergência no espaço, fitas são a única escolha.

A melhor resistência de fitas a taxas de cisalhamento e estresse assim como sua capacidade de vedação e de auxiliar no amortecimento de choques e vibrações também ajuda a entender porque normalmente utilizamos fitas para fechar caixas que serão transportadas. Durante o transporte, as caixas sofrem compressão das caixas acima delas e é importante que elas mantenham a forma para evitar danos aos produtos em seu interior.

Além disso, colas precisam de maior superfície de contato entre as superfícies, o que explica porque quando a superfície de contato entre as superfícies é pequena, pode ser necessário utilizar fitas adesivas.

Por outro lado, as condições ambientais também podem ter impacto na escolha do adesivo a ser utilizado. Por exemplo, no caso de colas quentes, por exemplo, em ambientes muito frios sua aplicação pode ser difícil. Já se o ambiente for muito empoeirado ou contiver muitas partículas no ar, isso pode tornar difícil a aplicação de fitas adesivas.

Até entre as colas, a melhor cola a ser aplicada depende da aplicação. Embora as colas de cianoacrilato sejam as colas mais fortes, as colas de dois componentes de epóxi geralmente fornecem maior resistência ao calor e a taxas de cisalhamento e são compatíveis com uma maior gama de superfícies, podendo ser utilizadas em uma maior variedade de aplicações. Portanto, embora as supercolas sejam adequadas quando se deseja uma força adesiva muito forte, se a aplicação necessitar de alta resistência às temperaturas, colas de epóxi podem ser mais adequadas que colas de cianoacrilato.

Em termos de manutenção de máquinas industriais de fitas e de aplicação de colas, as máquinas de fitas adesivas necessitam de menos manutenção e são de mais simples manipulação e manutenção, enquanto os sistemas de aplicação de colas quentes, por exemplo, costumam ser mais complexos e têm maiores chances de falha.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Ted Ed. Which is stronger: Glue or tape? – Elizabeth Cox.

Tesa

Parafix – Engineered Adhesive Solutions

 

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