¿Qué son los polímeros adhesivos?
Los polímeros adhesivos consisten en agentes de unión formados de polímeros. Los polímeros son moléculas grandes que se componen de subunidades repetitivas llamadas “monómeros”.
Estos adhesivos pueden formar uniones fuertes con varios sustratos como metales, plásticos, maderas, vidrio, cerámicas y materiales compuestos.
La mayoría de los polímeros adhesivos son sintéticos; es decir, son materiales fabricados por el hombre. Estos materiales pueden ser formulados para que contengan propiedades específicas como flexibilidad, resistencia térmica, resistencia química o conductividad eléctrica, a fin de cumplir los requerimientos de la aplicación que se busque.
¿Cómo funcionan los polímeros adhesivos?
Los polímeros adhesivos hacen uso de dos fuerzas que están en juego en cualquier proceso de enlace: la adhesión y la cohesión.
Adhesión y cohesión
La adhesión es la fuerza que une a las moléculas de dos sustancias distintas. Por ejemplo, cuando una gota de agua se pega a la superficie de un vidrio, esto ocurre mediante las fuerzas adhesivas entre las moléculas del agua y las moléculas del vidrio.
La cohesión es la fuerza que mantiene unidas al mismo tipo de moléculas. Por ejemplo, cuando se llena un vaso de agua hasta el borde y se añaden algunas gotas con cuidado, se puede observar que el agua forma una estructura que se asemeja a un domo sobre el borde del vaso. Este fenómeno se llama tensión superficial y es causado por las fuerzas de cohesión de los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua. Debido a estas fuerzas cohesivas, los objetos ligeros con un área superficial grande pueden mantenerse a flote en la superficie del agua, como los guérridos o este clip. La cohesión también explica por qué la lluvia se forma como gotas, en lugar de ser un rocío muy fino.
Para funcionar, los polímeros adhesivos requieren tanto adhesión como cohesión: si las fuerzas adhesivas son muy débiles, el pegamento no se adherirá al sustrato (fallo adhesivo). Si las fuerzas cohesivas son muy débiles, el pegamento no se sostendrá (fallo cohesivo).
Enlaces
Existen tres tipos de enlaces: enlaces electroestáticos, enlaces mecánicos y enlaces químicos.
Enlaces electroestáticos
Los enlaces electroestáticos dependen de las fuerzas de “adsorción” entre los iones, es decir, las moléculas cargadas del pegamento y las moléculas inversamente cargadas del sustrato que atrae unas a otras como imanes. Estas fuerzas también se llaman fuerzas “van der Waals”, en honor al investigador que las descubrió.
Los enlaces electroestáticos son relativamente débiles. La adhesión solo funcionará si el pegamento se dispersa sobre el sustrato con buena humedad de superficie y las superficies están muy cerca una de otra.
Enlaces mecánicos
Los enlaces mecánicos dependen de que el adhesivo entre a los agujeros de la superficie del sustrato para fluir hacia el interior o de protuberancias para adherirse. Dichos enlaces son más efectivos si el sustrato tiene una superficie con textura particular o porosa.
Enlaces químicos
Los enlaces químicos dependen de una reacción química entre las moléculas del adhesivo y las moléculas del sustrato. Este exige que el adhesivo y el sustrato sean químicamente compatibles, de lo contrario no ocurrirá ninguna reacción.
Si las sustancias son compatibles, formarán un enlace químico muy fuerte en comparación con los enlaces electrostáticos más débiles.
En algunos casos, los químicos que en otras situaciones son incompatibles, pueden unirse químicamente de forma indirecta mediante el uso de un agente de unión.
Datos útiles
Los agentes de acoplamiento tienen un papel similar como compatibilizadores, en el sentido de que mejoran las interacciones entre dos sustancies distintas; sin embargo, los agentes de acoplamiento mejoran la capacidad de enlace mientras que los compatibilizadores mejoran la miscibilidad.
Adhesivos termoplásticos versus adhesivos termoestables
Existen diversas formas de clasificar los adhesivos. Se puede hacer una importante distinción entre los adhesivos termoplásticos y los adhesivos termoestables, con base en su estructura molecular.
Adhesivos termoplásticos
Los adhesivos termoplásticos brindan una fuerte capacidad de adhesión en temperaturas normales y pueden derretirse y volver a trabajarse sin degradación.
Algunos ejemplos incluyen:
- PVA / PVAc (acetato de polivinilo, también conocido como pegamento blanco de madera)
- EVA (copolímero de etileno y acetato de vinilo)
- PE (polietileno)
- PP (polipropileno)
- PA (poliamida)
- Poliésteres
- Acrílicos
- Nitrocelulosa (nitrato de celulosa)
Adhesivos termoestables
Los adhesivos termoestables forman enlaces cruzados fuertes y permanentes en el proceso de curado, lo cual genera la creación de enlaces permanentes, resistentes al calor e insolubles, que no pueden ser modificados sin degradación.
Algunos ejemplos incluyen:
- Fenólicos (resinas de fenol formaldehído)
- Urea-formaldehído (resina de urea-formaldehído)
- Epóxicos (resinas epoxi, también conocidas como poliepóxidos)
- Poliésteres insaturados
- Poliuretanos
Principales tipos de polímeros adhesivos
Los polímeros adhesivos también pueden clasificarse con base en sus aplicaciones. Los principales tipos de adhesivos son:
- Adhesivos estructurales
- Adhesivos de ingeniería
- Adhesivos de fusión en caliente
- Adhesivos sensibles a la presión
- Adhesivos de curado por luz UV
Adhesivos estructurales
Los adhesivos estructurales están diseñados para formar enlaces fuertes con diversos materiales como metales, compuestos, plásticos, fibra de vidrio, madera y piedra.
Este tipo de adhesivos se usa en aplicaciones que requieren una alta capacidad de aguante de carga, larga durabilidad, así como calor y resistencia a los solventes. Entre otras cosas, los adhesivos estructurales pueden sustituir o complementar otros métodos de unión que involucran clavos, tornillos, remaches, pernos o soldadura.
Los principales tipos de adhesivos son:
- Los adhesivos epoxi son adhesivos de uno o dos componentes que consisten de una resina epoxi y un agente endurecedor. Se conocen por su alta fuerza y excelente temperatura y resistencia química, lo que los hace una popular opción para aplicaciones de movilidad y para la industria y la construcción; sin embargo, también presentan buenas propiedades de aislamiento eléctrico que los hace ideales para componentes eléctricos.
- Los adhesivos de poliuretano muestran excelentes características de flexibilidad, resistencia al impacto y amortiguamiento a la vibración. Por lo general se usan en el sector de movilidad como aplicaciones automotrices, marinas y aeroespaciales.
- Los adhesivos acrílicos ofrecen propiedades rápidas de curado, buena fuerza de enlace, rudeza y durabilidad, así como excelente temperatura y resistencia química. Con frecuencia se usan en medios aceitosos donde otros adhesivos no funcionan debido a su falta de resistencia al aceite. Algunos ejemplos de sectores incluyen movilidad, industria y construcción, electrónicos y embalaje.
En resumen, los adhesivos estructurales tienen diferentes tipos de presentaciones y son una opción atractiva para diversas industrias, como movilidad, electrónicos y la industria y construcción.
Adhesivos de ingeniería
No existe una definición formal para los adhesivos de ingeniería, pero se puede pensar en ellos como adhesivos de alta gama con requerimientos menos estrictos de fuerza, en comparación con los adhesivos estructurales. Se desarrollan para satisfacer varias necesidades en muy diversas aplicaciones de adhesivos para productos industriales.
De manera similar a los adhesivos estructurales, los adhesivos de ingeniería vienen en tres presentaciones principales:
- Los adhesivos anaeróbicos (también conocidos como acrílicos activados en superficie) curan ante la ausencia de aire y ante la presencia de iones metálicos. Esto los hace ideales para asegurar y sellar componentes de metal en rosca como pernos, tornillos y tuercas. Por este motivo, también se llaman “fijadores de rosca”. Son muy útiles cuando se requiere sellado, resistencia a la vibración, resistencia química y valores de torque a la medida (fricción controlada).
- Los adhesivos de cianoacrilato también se conocen como superpegamentos o adhesivos instantáneos, ya que tienen un tiempo de curado muy corto que va desde tan solo segundos hasta algunos minutos. Sus otros beneficios incluyen buena fuerza de unión, buena adhesión a varios materiales de superficie, buena temperatura y resistencia química y excelente transparencia. Son ideales para unir piezas pequeñas y superficies en diferentes industrias como la electrónica, carpintería, médica (se requieren certificaciones) y de manualidades, pero también son usados comúnmente por consumidores domésticos normales.
- Los adhesivos de silicona muestran excelente resistencia al calor, química y a la intemperie, y son muy versátiles, flexibles y capaces de formar sellos confiables. Sus aplicaciones incluyen movilidad, electrónicos, industria y construcción, médicas (se requieren certificaciones) y aplicaciones domésticas.
Los adhesivos de ingeniería tienen mecanismos únicos de curado, funciones y características que explican tan importante su papel en la industria.
Adhesivos de fusión en caliente
Los adhesivos de fusión en caliente son adhesivos termoplásticos: se funden bajo el efecto del calor sin degradarse y se aplican en un estado líquido como líquidos calientes en la superficie que se buscar unir. Al enfriarse, se solidifican y forman un fuerte enlace.
Algunos ejemplos comunes de polímeros usados en adhesivos de fusión en caliente incluyen:
- EVA (copolímero de etileno y acetato de vinilo)
- Poliolefina: Polipropileno atáctico (APP), polialfaolefina amorfa (APAO), copolímero etileno con acrilato de etilo (EEA), etc.
- PA (poliamida)
- Poliésteres
- Poliuretanos
- Copolímeros de bloque estirénico
- Copolímeros de bloque de acrílico
- Caucho butílico
- EPR (caucho etileno propileno)
- SBR (caucho estireno butadieno)
Estos polímeros se pueden formular con aditivos para modificar sus propiedades adhesivas u otras características de rendimiento. Algunos ejemplos de dichos aditivos incluyen fijadores, ceras, plastificantes, rellenos y estabilizadores como antioxidantes.
Los adhesivos de fusión en caliente permiten una unión rápida en una amplia gama de materiales y son fáciles de aplicar de manera precisa con un sistema aplicador o pistola de pegamento. Como adhesivos libres de solventes, son más seguros y más ecológicos que los adhesivos de base solvente, ya que no contienen COV (compuestos orgánicos volátiles) potencialmente peligrosos. Una vez que se enfrían y se solidifican, por lo general ofrecen buena resistencia a la temperatura, siempre y cuando la temperatura ambiente permanezca por debajo del punto de fusión.
Adhesivos sensibles a la presión (PSA)
Los adhesivos sensibles a la presión (PSA) se activan cuando se aplica presión y, entonces, empiezan a formar un enlace con el sustrato. En general, la fuerza del enlace depende de la cantidad de presión aplicada.
La mayoría de los PSA funcionan en rangos de temperatura ambiente, pero fallan a temperaturas altas o bajas. Este tipo de adhesivos se activa cuando se aplica presión (no requieren curado mediante calor, solventes o agua -aunque existen algunas excepciones).
Las cintas, etiquetas y calcomanías son usos comunes de adhesivos sensibles a la presión. Estos adhesivos también se usan con películas ópticas, películas de protección de superficie, aplicaciones de cuidado personal y médico (se requiere certificación). Para lograr las propiedades deseadas, es posible usar aditivos químicos y modificadores en su manufactura o aplicación.
Adhesivos de curado por luz UV
Los adhesivos de curado por luz ultravioleta se endurecen cuando se exponen a la luz ultravioleta (UV). Su curado depende de una reacción química llamada fotopolimerización que usa luz ultravioleta como fuente de su energía de activación. La energía se absorbe mediante fotoiniciadores que convierten el polímero adhesivo líquido en un estado sólido o altamente reticulado.
Los adhesivos de curado por luz UV muestran tiempos rápidos de curado de casi segundos y hasta pocos minutos y pueden formar enlaces fuertes en diferentes superficies como vidrio, plásticos, metales y cerámicas, al mismo tiempo que ofrecen buena resistencia química, al calor y a la humedad.
Algunas aplicaciones incluyen electrónicos, médicos (se requieren certificaciones), movilidad, así como artículos deportivos y calzado. Algunos adhesivos de curado por luz UV se aplican directamente en forma líquida, mientras que otros son parte de la superficie adhesiva de las cintas y las etiquetas.
¿Cómo elegir el mejor polímero adhesivo para su aplicación?
Estos son los pasos a seguir para elegir el mejor polímero adhesivo para su aplicación:
- Entender los sustratos de enlace
- Determinar el tiempo abierto (con cuánto tiempo se cuenta para completar el arreglo) y tiempo de curado (con cuánto tiempo se cuenta hasta que los componentes enlazados deben estar listos para usarse) durante la aplicación
- Evaluar el método de aplicación y curado
- Definir las características de rendimiento (por ejemplo, fuerza, flexibilidad, dureza, viscosidad, amortiguamiento de vibración, color)
- Entender las condiciones ambientales (temperatura, humedad, exposición química, luz UV)
- Realizar prueba
- Considerar la higiene y el ambiente
- Considerar el costo y la disponibilidad
Durante estos pasos, se recomienda consultar la información técnica y obtener asesoría de un experto para asegurar que se elija el polímero adhesivo ideal.
En muchos casos, puede añadir aditivos químicos y modificadores para personalizar un polímero adhesivo a fin de que cumpla las necesidades precisas de sus aplicaciones. Nuestros expertos con gusto le ayudarán.
Materiales de polímeros adhesivos de Kuraray
Kuraray ofrece una amplia gama de polímeros de especialidad para aplicaciones de polímeros adhesivos. Algunos de ellos pueden usarse como polímero base del adhesivo, mientras que otros son aditivos para mejorar las características de rendimiento de su adhesivo.
SEPTON™ y HYBRAR™
SEPTON™ y HYBRAR™ son elastómeros termoplásticos (TPE) versátiles de alta gama, cuya estructura molecular de copolímero de bloque estirénico (SBC) combina los beneficios de una elasticidad similar al caucho y procesabilidad termoplástica.
SEPTON™ ofrece excelentes características de rendimiento en un amplio rango de temperatura, así como buena resistencia a químicos, a la intemperie, la luz UV y aislamiento eléctrico.
HYBRAR™ se encuentra en grados hidrogenados duraderos (HYBRAR™ 7000-series) y grados no hidrogenados (HYBRAR™ 5000-series). HYBRAR™ ofrece un alto rendimiento atenuante. HYBRAR™ 7000-series presenta excelente compatibilidad con el polipropileno.
SEPTON™ y HYBRAR™ se pueden usar como polímero base para adhesivos de fusión en caliente o como aditivo para adhesivos de base de poliolefina para modificar su suavidad, elasticidad, resistencia al impacto, adhesión y cohesión.
KURARAY LIQUID RUBBER
KURARAY LIQUID RUBBER funciona como un “plastificante reactivo” que mejora el flujo y reduce la viscosidad de los componentes. La serie de productos está disponible como cauchos líquidos de butadieno (L-BR), cauchos líquidos de isopreno (L-IR) y cauchos líquidos de estireno-butadieno (L-SBR).
Si se aplica KURARAY LIQUID RUBBER como un aditivo a los polímeros adhesivos, funcionará como modificador para incrementar la fuerza de adhesión y la sujeción. El grado funcional puede mejorar la adhesión a los sustratos como metales, vidrio y fibras. Los grados de curado por luz UV se pueden usar como componentes de adhesivos de curado por luz UV.
Liquid farnesene rubber
El liquid farnesene rubber es un caucho líquido de beta-farneseno, un monómero de base biológica que se obtiene de la caña de azúcar renovable. El uso del liquid farnesene rubber puede ayudar a los fabricantes a aumentar el contenido de material de base biológica en sus productos.
Debido a su alto grado de reactividad causado por su estructura molecular ramificada, baja viscosidad y alto peso molecular, el liquid farnesene rubber puede modificar las propiedades adhesivas como la adhesión y la cohesión.
KURARITY™, el TPE transparente
KURARITY™, el TPE transparente, es un copolímero de bloque de acrílico con propiedades verdaderamente exclusivas: es autoadherente, muy transparente, suave y flexible con excelentes características de rendimiento, resistencia a la intemperie y procesabilidad.
KURARITY™ se puede usar como un polímero base del adhesivo o como modificador para adhesivos convencionales. Debido a su excelente flexibilidad y propiedad de autoadherencia, KURARITY™ se puede usar sin plastificantes y fijadores. Sus niveles mínimos de olor y su compatibilidad con fusión en caliente permiten su uso en adhesivos libres de solventes, eliminando problemas de higiene y requisitos de ventilación inherentes a los procesos basados en solventes. KURARITY™ también se puede aplicar mediante cintas o etiquetas.
Cuando KURARITY™ se quita, deja mucho menos residuos en comparación con los adhesivos convencionales, lo cual facilita la capacidad de retrabajos. Asimismo, el uso de KURARITY™ en un adhesivo ayuda con la capacidad de troquelado y la estabilidad de forma, permitiéndole cortar y mantener la forma deseada por un tiempo largo.
Otro beneficio relevante de KURARITY™ es que puede usarse en algunas aplicaciones relacionadas con alimentos. En algunos países, KURARITY™ ha obtenido las aprobaciones requeridas para su aplicación. Para obtener más detalles, favor de contactar al equipo de KURARITY™ mediante el formato de contacto.
ISOBAM™
ISOBAM™ es un copolímero soluble en agua alcalina de isobutileno y anhídrido maleico. ISOBAM™ se puede usar como un aditivo en adhesivos de emulsión de acetato de polivinilo para carpintería. ISOBAM™ puede mejorar la resistencia inicial de adhesión y calor.
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