Adesivo
Para outros significados de "cola" e "adesivo", veja Cola (desambiguação) e Adesivo (desambiguação).
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Os indícios mais antigos conhecidos de uso de alcatrão de casca de bétula como adesivo foram encontrados em Campitello, no centro da Itália. Das três lascas de pedra recuperadas no local, duas apresentavam resíduos de alcatrão e a terceira não. O conjunto foi datado de cerca de 190.000 anos atrás, no Paleolítico Médio, e contém o exemplo mais antigo conhecido de ferramentas de pedra encabadas com alcatrão. Experimentos modernos mostram que o alcatrão de casca de bétula pode ser obtido por diferentes métodos. Um estudo de arqueologia experimental publicado em 2019 mostrou que ele pode ser produzido ao queimar casca de bétula junto a uma superfície rochosa saliente e recolher o material condensado na pedra. Outros experimentos reproduziram processos de destilação seca. Nenhum desses experimentos permite determinar qual técnica foi usada em Campitello. Embora sejam suficientemente pegajosos, adesivos vegetais de um só componente podem ser quebradiços e vulneráveis às condições ambientais. Um exemplo antigo de adesivo composto foi encontrado em Sibudu, na África do Sul. Segmentos de pedra de cerca de 70.000 anos, antes inseridos em cabos, estavam cobertos por um adesivo feito de goma vegetal e ocre vermelho, um pigmento mineral rico em óxidos de ferro. A adição de ocre modifica as propriedades da goma e pode melhorar seu desempenho em condições úmidas. A fabricação desses adesivos permitiu fixar segmentos de pedra a cabos em configurações diferentes.
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Os adesivos podem ser classificados pelo mecanismo de cura, composição química, forma física, origem das matérias-primas ou aplicação. As classificações se sobrepõem. Um mesmo produto, por exemplo, pode ser sintético, epóxi, bicomponente, termofixo e estrutural.
Formulação
Adesivos comerciais podem conter, além do polímero, resina ou outro ligante responsável pela união, endurecedores, catalisadores, solventes ou diluentes, plastificantes, cargas, agentes de reforço, promotores de adesão e outros aditivos. A composição depende da química do sistema e da aplicação. As cargas podem alterar a viscosidade, propriedades térmicas, resistência mecânica e outras características do material. Em adesivos epóxi usados como underfill no encapsulamento eletrônico, por exemplo, partículas de sílica podem atuar como carga. O tratamento superficial dessas partículas pode alterar a viscosidade, o coeficiente de expansão térmica e a resistência de adesão do compósito.
Por reatividade
Há dois grupos de adesivos que endurecem principalmente pela remoção de um veículo líquido, os adesivos à base de solvente e os adesivos de dispersão polimérica, também chamados de adesivos de emulsão. Nos primeiros, ingredientes como polímeros são dissolvidos em um solvente. Nas dispersões, as partículas de polímero ficam dispersas em um líquido, geralmente água. A cola branca comum à base de acetato de polivinila, ou PVAc, pertence a esse segundo grupo. Alguns adesivos de contato e cimentos de borracha são exemplos de sistemas à base de solvente. Com a remoção do veículo líquido, forma-se a camada adesiva. Adesivos de dispersão polimérica são frequentemente branco-leitosos e têm uso nas indústrias de madeira e embalagens, em tecidos, componentes têxteis e produtos de engenharia.
Por origem e composição
Adesivos naturais são produzidos a partir de matérias-primas de origem vegetal ou animal, como amido, dextrina, resinas, caseína e colas obtidas do colágeno. Alguns materiais desse grupo são chamados de bioadesivos. Um exemplo é uma pasta simples feita pelo cozimento de farinha em água. Adesivos à base de amido são usados na produção de papelão ondulado, sacos de papel, tubos de papel e cola de papel de parede. A cola de caseína é empregada em aplicações com madeira, papel e rotulagem. Colas de origem animal foram usadas tradicionalmente na encadernação e na união de madeira e ainda são empregadas em trabalhos especializados, como fabricação e reparo de instrumentos de cordas. Albumina obtida do sangue também foi usada na indústria de compensados. A Masonite, um painel duro de fibras de madeira, utilizava a lignina da própria madeira como parte do sistema de ligação, enquanto muitos painéis modernos, como o MDF, usam resinas sintéticas.
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Aplicadores de adesivos são escolhidos conforme a forma física do produto, sua viscosidade, o mecanismo de cura e o tamanho da área a ser revestida. O adesivo pode ser aplicado a uma ou às duas superfícies. As peças são depois posicionadas e, conforme o sistema, submetidas a pressão durante a formação da junta. Entre os métodos de aplicação estão pincéis, rolos, filmes, grânulos, pistolas de pulverização e pistolas aplicadoras, como as usadas em calafetagem. Esses métodos podem ser manuais ou integrados a processos automatizados.
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Para produzir uma junta, um adesivo precisa estabelecer contato adequado com o substrato, ter resistência interna suficiente e transmitir carga entre os materiais unidos. Não existe um único mecanismo capaz de explicar toda adesão. Conforme o sistema, podem participar o intertravamento mecânico com a topografia ou os poros do substrato, a adsorção e as forças intermoleculares, a interdifusão de cadeias moleculares, interações eletrostáticas e a formação de ligações químicas. Mais de um desses mecanismos pode atuar na mesma junta. Em substratos porosos ou rugosos, a penetração do adesivo em cavidades superficiais pode produzir intertravamento mecânico. Em escala molecular, forças de Van der Waals e outras interações intermoleculares podem participar da adesão quando as superfícies estão suficientemente próximas. Em alguns sistemas, formam-se ligações químicas entre o adesivo e o substrato.
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Antes da colagem, a preparação da superfície pode incluir limpeza, remoção de materiais fracamente aderidos e modificações físicas ou químicas. Essas etapas reduzem contaminantes e podem produzir uma superfície mais adequada para o adesivo. A molhabilidade depende do equilíbrio entre a tensão superficial do adesivo líquido, a energia superficial do substrato e a energia da interface formada entre eles. Uma molhabilidade insuficiente limita a área de contato molecular e costuma produzir adesão ruim. Uma superfície bem molhada, porém, não garante por si só uma junta resistente e durável. Polímeros de baixa energia superficial, como polietileno, polipropileno e politetrafluoretileno, podem ser difíceis de colar com adesivos convencionais. Tratamentos de superfície podem modificar sua química e sua energia superficial. Entre os métodos empregados estão ativação por plasma, tratamento por chama e aplicação de primers.
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Adesivos podem ser formulados para perder adesão quando submetidos a uma corrente ou a um campo elétrico. Esses sistemas permitem desmontagem sob demanda e podem reduzir a necessidade de aquecimento intenso ou de processos mecânicos capazes de danificar os componentes.
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Os riscos à saúde dependem da formulação e da via de exposição. Algumas colas contêm solventes voláteis. A inalação deliberada desses solventes para produzir intoxicação, prática conhecida como inalação de cola, foi relacionada a morte súbita e a danos crônicos ao coração, pulmões, rins, fígado, nervos periféricos e cérebro. Os efeitos da exposição a vapores de cola e da abstinência sobre o comportamento agressivo também foram estudados experimentalmente em camundongos.
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Calor, radiação, umidade, solventes, envelhecimento e esforços mecânicos podem afetar uma junta adesiva, dependendo dos materiais empregados. Sob carga, a fratura pode ocorrer dentro do adesivo, na interface, dentro do aderente ou por uma combinação desses caminhos.
Fratura coesiva
Há fratura coesiva quando uma trinca se propaga dentro da camada de adesivo. Depois da separação, material adesivo permanece nos dois aderentes. A trinca pode se propagar pelo centro da camada ou perto de uma interface. Uma fratura coesiva muito próxima à interface pode deixar uma película de adesivo fina demais para ser percebida a olho nu. Nesses casos, a distinção em relação à fratura interfacial pode exigir microscopia ou outras técnicas de análise das superfícies.
Fratura adesiva
A fratura adesiva, também chamada de fratura interfacial, ocorre quando a trinca se propaga na interface entre o adesivo e o aderente. A identificação do caminho da fratura não substitui a medição da resistência ou da tenacidade da junta, que depende das condições de carregamento e de ensaio.
Outros tipos de fratura
A fratura do aderente não é uma falha do adesivo. Ao retirar uma etiqueta de uma superfície de papel, por exemplo, uma camada do papel pode ser arrancada enquanto a camada adesiva permanece unida.
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O projeto de uma junta adesiva considera propriedades dos aderentes e do adesivo, geometria, espessura da camada, preparação das superfícies, ambiente e carregamentos previstos. Para juntas estruturais, a mecânica da fratura pode ser usada para analisar o crescimento de defeitos e trincas. Conceitos como concentração de tensões e taxa de liberação de energia são usados na previsão de falha. O carregamento de uma trinca pode ser decomposto em modos: Em muitos sistemas adesivos, a tenacidade à fratura aumenta à medida que cresce a contribuição de modo II, mas essa relação não é universal. Há sistemas nos quais a tenacidade de modo II se aproxima da de modo I e outros em que pode ser menor. O resultado depende do adesivo, dos aderentes, da interface, do ambiente e da configuração de ensaio. Na prática, juntas adesivas costumam ser projetadas para distribuir a carga sobre uma área ampla e reduzir tensões de descascamento e clivagem. Quando possível, são usadas geometrias que transferem uma parcela maior da carga por cisalhamento e evitam concentrar esforços de abertura nas extremidades da junta.
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Alguns adesivos têm prazo de validade limitado. O prazo de armazenamento é definido para condições especificadas e varia conforme a formulação, a embalagem e a temperatura. A ASTM D1337 estabelece métodos para avaliar a vida de armazenamento por alterações de viscosidade, resistência de união ou das duas propriedades. Alguns sistemas podem ser armazenados à temperatura ambiente, enquanto outros exigem refrigeração ou congelamento. As condições especificadas pelo fabricante fazem parte da definição prática do prazo de validade do produto.
