Adesivo, qualsiasi sostanza in grado di tenere insieme i materiali in modo funzionale mediante l'attacco superficiale che resiste alla separazione. "Adesivo" come termine generale include cemento, mucillagine, colla e pasta, termini che sono spesso usati in modo intercambiabile per qualsiasi materiale organico che forma un legame adesivo. Anche le sostanze inorganiche come il cemento Portland possono essere considerate adesivi, nel senso che tengono insieme oggetti come mattoni e travi attraverso l'attacco superficiale, ma questo articolo si limita a una discussione sugli adesivi organici, sia naturali che sintetici.
Gli adesivi naturali sono noti fin dall'antichità. Sculture egiziane risalenti a 3.300 anni raffigurano l'incollaggio di un sottile pezzo di impiallacciatura su quella che sembra essere una tavola di sicomoro. Il papiro, un primo tessuto non tessuto, conteneva fibre di piante simili a canne legate a pasta di farina. Bitume, pece di alberi e cera d'api furono usati come sigillanti (rivestimenti protettivi) e adesivi in epoca antica e medievale. La foglia d'oro dei manoscritti miniati era legata alla carta dal bianco d'uovo e gli oggetti di legno erano legati con colle di pesce, corno e formaggio. La tecnologia delle colle per animali e pesci è avanzata nel corso del XVIII secolo e nel XIX secolo sono stati introdotti cementi a base di gomma e nitrocellulosa. Decisi progressi nella tecnologia degli adesivi, tuttavia, attesero il 20 ° secolo, durante il quale gli adesivi naturali furono migliorati e molti sintetici uscirono dal laboratorio per sostituire gli adesivi naturali sul mercato. La rapida crescita delle industrie aeronautiche e aerospaziali durante la seconda metà del XX secolo ebbe un profondo impatto sulla tecnologia degli adesivi. La richiesta di adesivi con un alto grado di resistenza strutturale e resistenti sia alla fatica che alle gravi condizioni ambientali ha portato allo sviluppo di materiali ad alte prestazioni, che alla fine si sono fatti strada in molte applicazioni industriali e domestiche.
Questo articolo inizia con una breve spiegazione dei principi di adesione e passa quindi a una revisione delle principali classi di adesivi naturali e sintetici.
Adesione
Nelle prestazioni dei giunti adesivi, le proprietà fisiche e chimiche dell'adesivo sono i fattori più importanti. Altrettanto importanti nel determinare se il giunto adesivo funzionerà adeguatamente sono i tipi di aderente (ovvero i componenti da unire, ad es. Lega metallica, plastica, materiale composito) e la natura del pretrattamento superficiale o del primer. Questi tre fattori - adesivo, aderente e superficie - hanno un impatto sulla durata della struttura legata. Il comportamento meccanico della struttura incollata a sua volta è influenzato dai dettagli del progetto del giunto e dal modo in cui i carichi applicati vengono trasferiti da un aderente all'altro.
Implicita nella formazione di un legame adesivo accettabile è la capacità dell'adesivo di bagnarsi e diffondersi sugli aderenti che vengono uniti. Il raggiungimento di tale contatto molecolare interfacciale è un primo passo necessario nella formazione di giunti adesivi forti e stabili. Una volta ottenuta la bagnatura, le forze adesive intrinseche vengono generate attraverso l'interfaccia attraverso una serie di meccanismi. La natura precisa di questi meccanismi è stata oggetto di studio fisico e chimico almeno dagli anni '60, con il risultato che esistono numerose teorie sull'adesione. Il principale meccanismo di adesione è spiegato dalla teoria dell'adsorbimento, secondo cui le sostanze si attaccano principalmente a causa del contatto intermolecolare intimo. Nei giunti adesivi questo contatto è raggiunto da forze intermolecolari o di valenza esercitate dalle molecole negli strati superficiali dell'adesivo e aderiscono.
Oltre all'adsorbimento, sono stati proposti altri quattro meccanismi di adesione. Il primo, interblocco meccanico, si verifica quando l'adesivo fluisce nei pori della superficie aderente o attorno alle sporgenze sulla superficie. Il secondo, interdiffusione, si verifica quando l'adesivo liquido si dissolve e si diffonde in materiali aderenti. Nel terzo meccanismo, l'adsorbimento e la reazione superficiale, il legame si verifica quando le molecole adesive si assorbono su una superficie solida e reagiscono chimicamente con essa. A causa della reazione chimica, questo processo differisce in una certa misura dal semplice adsorbimento, descritto sopra, sebbene alcuni ricercatori considerino la reazione chimica parte di un processo di adsorbimento totale e non un meccanismo di adesione separato. Infine, la teoria dell'attrazione elettronica, o elettrostatica, suggerisce che le forze elettrostatiche si sviluppano in un'interfaccia tra materiali con differenti strutture di bande elettroniche. In generale, più di uno di questi meccanismi gioca un ruolo nel raggiungimento del livello desiderato di adesione per vari tipi di adesivo e adesivo.
Nella formazione di un legame adesivo, sorge una zona di transizione nell'interfaccia tra aderente e adesivo. In questa zona, chiamata interfase, le proprietà chimiche e fisiche dell'adesivo possono essere considerevolmente diverse da quelle nelle porzioni senza contatto. Si ritiene generalmente che la composizione interfase controlli la durabilità e la resistenza di una giuntura adesiva ed è principalmente responsabile del trasferimento di stress da un aderente all'altro. La regione interfase è spesso il luogo di un attacco ambientale, che porta al fallimento congiunto.
La forza dei legami adesivi è di solito determinata da test distruttivi, che misurano le sollecitazioni impostate nel punto o nella linea di frattura del provino. Vengono impiegati vari metodi di prova, tra cui prove di buccia, taglio a trazione, taglio e fatica. Questi test vengono eseguiti su una vasta gamma di temperature e in varie condizioni ambientali. Un metodo alternativo per caratterizzare un giunto adesivo consiste nel determinare l'energia spesa nel separare un'area unitaria dell'interfase. Le conclusioni derivate da tali calcoli energetici sono, in linea di principio, completamente equivalenti a quelle derivate dall'analisi dello stress.
Materiali adesivi
Praticamente tutti gli adesivi sintetici e alcuni adesivi naturali sono composti da polimeri, che sono molecole giganti o macromolecole, formate dal collegamento di migliaia di molecole più semplici conosciute come monomeri. La formazione del polimero (una reazione chimica nota come polimerizzazione) può avvenire durante una fase di "polimerizzazione", in cui la polimerizzazione avviene simultaneamente alla formazione di legami adesivi (come nel caso delle resine epossidiche e dei cianoacrilati), oppure il polimero può essere formato prima che il materiale venga applicato come adesivo, come con elastomeri termoplastici come copolimeri a blocchi stirene-isoprene-stirene. I polimeri conferiscono forza, flessibilità e capacità di diffondersi e interagire su una superficie aderente, proprietà necessarie per la formazione di livelli di adesione accettabili.
Adesivi naturali
Gli adesivi naturali sono principalmente di origine animale o vegetale. Sebbene la domanda di prodotti naturali sia diminuita dalla metà del 20 ° secolo, alcuni di essi continuano ad essere utilizzati con prodotti in legno e carta, in particolare in cartone ondulato, buste, etichette per bottiglie, rilegature di libri, cartoni, mobili e film e fogli laminati. Inoltre, a causa di varie normative ambientali, gli adesivi naturali derivati da risorse rinnovabili stanno ricevendo rinnovata attenzione. I prodotti naturali più importanti sono descritti di seguito.
Colla per animali
Il termine colla animale di solito si limita alle colle preparate dal collagene di mammifero, il principale costituente proteico di pelle, ossa e muscoli. Se trattato con acidi, alcali o acqua calda, il collagene normalmente insolubile diventa lentamente solubile. Se la proteina originale è pura e il processo di conversione è lieve, il prodotto ad alto peso molecolare è chiamato gelatina e può essere utilizzato per prodotti alimentari o fotografici. Il materiale a basso peso molecolare prodotto da una lavorazione più vigorosa è normalmente meno puro e di colore più scuro e si chiama colla animale.
Tradizionalmente, la colla per animali è stata utilizzata nell'unione del legno, rilegatura di libri, fabbricazione di carta vetrata, nastri gommosi pesanti e applicazioni simili. Nonostante il vantaggio dell'elevata adesività iniziale (appiccicosità), molta colla animale è stata modificata o interamente sostituita da adesivi sintetici.
Colla di caseina
Questo prodotto è ottenuto sciogliendo la caseina, una proteina ottenuta dal latte, in un solvente alcalino acquoso. Il grado e il tipo di alcali influenza il comportamento del prodotto. Nell'incollaggio del legno, le colle di caseina sono generalmente superiori alle vere colle animali per resistenza all'umidità e caratteristiche di invecchiamento. La caseina viene anche utilizzata per migliorare le caratteristiche aderenti di vernici e rivestimenti.
Colla di albumina di sangue
Colla di questo tipo è a base di albumina sierica, un componente del sangue ottenibile da sangue animale fresco o polvere di sangue solubile essiccata a cui è stata aggiunta acqua. L'aggiunta di alcali alle miscele di acqua e albume migliora le proprietà adesive. Nel settore del compensato viene utilizzata una notevole quantità di prodotti di colla a base di sangue.
Amido e destrina
L'amido e la destrina vengono estratti da mais, grano, patate o riso. Costituiscono i principali tipi di adesivi vegetali, solubili o disperdibili in acqua e ottenuti da fonti vegetali in tutto il mondo. Le colle di amido e di destrina sono utilizzate in cartone ondulato e imballaggi e come adesivo per carta da parati.
