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ADESIVOS

MÓDULO II - ADESIVOS

INTRODUÇÃO

Os adesivos têm sido utilizados há milhares de anos para uma grande diversidade de aplicações, sendo que até o início deste século as principais matérias-primas utilizadas eram de origem animal ou vegetal (adesivos naturais), como sangue de alguns animais ou resinas naturais extraídas de folhas e troncos de algumas árvores. A partir do ano de 1930 começaram a surgir os primeiros adesivos sintéticos, desenvolvidos a partir de resinas sintéticas e outros materiais. As resinas de fenol-formaldeído foram as primeiras resinas sintéticas a formarem adesivos.

Na década de 50 surgiram as resinas epoxi e nas últimas décadas surgiram muitas novas resinas e outros componentes que tornaram possíveis diversos aperfeiçoamentos, tais como: aumento da resistência, versatilidade para poder unir superfícies que antes era impossível.

COLAS E ADESIVOS

Faz-se interessante distinguir os termos cola e adesivo, apesar de que, atualmente, já se confundem como sinônimos.

Originalmente, colas e adesivos eram classificados em função da sua origem natural e sintética, respectivamente. Atualmente, esta distinção tornou-se mais abrangente.

Cola: designação dada aos produtos de origem vegetal (borracha natural, amido, goma laca, goma arábica, etc.), animal (caseína, albumina, cartilagens, etc.) e mineral (litargírio, silicato de sódio, etc.). O termo cola ainda abrange por definição os produtos que, aplicados em dois substratos, não aderem sem que sejam mantidos unidos sob pressão, até que ocorra um destes três fenômenos:

a) secagem do solvente (cola de PVA);

b) abaixamento de temperatura (cola termoplástica);

c) término de uma reação química (cola araldite, epóxi).

MATERIAL DE UTILIZAÇÃO EXCLUSIVAMENTE INTERNA - REPRODUÇÃO PROIBIDA1

ADESIVOS

Adesivo: designação dada aos produtos de origem sintética, os quais, aplicados na superfície de dois substratos, aderem após a secagem do solvente; após feita a união dos substratos, já pode esta união ser submetida a um esforço mecânico que pode ser medido (adesivo de policloropreno, adesivo de poliuretano, etc.).

COLAGEM

Colar é juntar e fazer aderir, uma à outra, as superfícies de dois materiais ou suportes colocados face a face por interposição de uma substância dotada de poder adesivo, com uma leve ou considerável pressão sobre estes materiais.

FORÇAS DE COESÃO E DE ADESÃO

Adesão é definida como uma ligação física ou química entre dois materiais, obtida por efeitos eletrostáticos (forças de Van der Waals), por absorção, por difusão e por efeito mecânico. As forças de adesão propiciam a aderência, que é um fenômeno especificamente interfacial, intimamente relacionado com a intensidade com que as superfícies de dois materiais são atraídas entre si, por meio de forças de adesão.

Coesão é uma força molecular que mantém o material unido em si mesmo, ou seja, na sua estrutura intrínseca. As forças de coesão podem ser devido à cristalização e à reticulação. Elas propiciam a coerência, um fenômeno especificamente estrutural do material, que está intimamente relacionado com a intensidade das forças internas e o “empacotamento” das moléculas ou átomos da estrutura.

CRISTALIZAÇÃO E RETICULAÇÃO DOS ADESIVOS

Cristalização é um fenômeno que se realiza nas macromoléculas. Como os polímeros formam, em geral, longas cadeias, torna-se quase impossível que elas formem cristais perfeitamente orientados espacialmente, segundo eixos cristalográficos, a não ser em determinadas condições laboratoriais rigorosamente controladas para certos polímeros.

O que normalmente ocorre no seio de um polímero é a formação de regiões ditas amorfas e de regiões ditas cristalinas.

Estas regiões de cristalinidade nada mais são do que segmentos orientados da longa cadeia polimérica. Alguns trechos de várias cadeias juntam-se e orientam-se segundo alguma direção.

O restante das cadeias permanece desorientado, não se unindo umas às outras, formando o que se denomina parte amorfa.


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Estes segmentos orientados das cadeias denominam-se cristalitos. Quanto maior for a percentagem de cristalitos existente no polímero, maior será a sua cristalinidade e, conseqüentemente, a coesão do material.

A cristalinidade de um polímero depende:

- de sua capacidade ou não de cristalizar;

- de estar ou não em solução;

- da temperatura.

Isto significa que existem polímeros que podem ou não cristalizar, seja naturalmente ou por meio de algum processo físico, mecânico ou químico.

No entanto, a cristalinidade de um polímero pode ser alterada, isto é, pode passar para o estado amorfo, se ele for dissolvido em um solvente adequado ou aquecido convenientemente. Os cristalitos desaparecem pelo afastamento das cadeias poliméricas entre si.

Este processo normalmente é reversível, ou seja, quando o solvente evapora ou quando o polímero resfria, ele volta a cristalizar-se.

No estado amorfo, os polímeros utilizados na fabricação de adesivos apresentam baixo poder de coesão, mas é o estado em que eles apresentam alta aderência.

Existem certos tipos de polímeros utilizados em adesivos cuja velocidade de cristalização pode ser muito baixa. Esta característica pode ser aproveitada para a produção de adesivos com longo tempo de aderência, também chamados de adesivos de longo tempo aberto.

A situação inversa também é utilizada. A alta velocidade de cristalização gera adesivos de curto tempo de aderência.

A reticulação é, também, um fenômeno molecular, mas essencialmente químico. Conforme foi citado na vulcanização da borracha, utiliza-se o enxofre como agente vulcanizador ou reticulador. Faz-se, desta forma, uma comparação com este processo quando se adiciona o reticulador (por exemplo: solução de isocianato mais triclorometileno) ao adesivo de poliuretano bicomponente.

O agente de reticulação tem a propriedade de reagir em determinados pontos das cadeias poliméricas (como, por exemplo, em ligas duplas ou em grupos químicos reativos), unindo quimicamente uma cadeia com outra e, em alguns casos, irreversivelmente.


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Estas ligações, também chamadas ligações cruzadas, impedem que as cadeias deslizem umas sobre as outras, melhorando as caracteristicas do adesivo, tais como aumento de resistência & tração, aumento de resistência ao rasgamento, aumento de resistência a temperaturas elevadas, etc.

TEMPO DE SECAGEM E TEMPO ABERTO

Tempo de secagem: é o tempo decorrido da aplicação do filme de adesivo até a quase ou total evaporação do solvente nele contido. Fatores determinantes para o tempo de secagem são os solventes contidos, sendo que estes ou a mistura deles poderão ser mais ou menos voláteis.

Pode-se também reduzir o tempo de secagem com o emprego de estufas, túneis e/ou ventiladores; esta é chamada secagem forçada.

O filme de adesivo deve sofrer inicialmente um período de secagem natural, onde grande parte do solvente presente evapora; após, deverá ter sua secagem acelerada, a fim de que seja removido o restante do solvente. Esta secagem gradual é importante, para que não haja a formação de uma camada superficial no adesivo, que venha dificultar a saída dos solventes presentes no interior do filme.

Uma secagem muito rápida também poderá formar bolhas, pois a película superficial seca impede que o solvente abaixo evapore adequadamente. Muitas vezes tais bolhas farão com que o filme de adesivo se solte da superfície do substrato. Entretanto, deve-se observar que o tempo de secagem dependerá da espessura do filme de adesivo obtido e das condições ambientais.

Caso os materiais sejam colados com o filme de adesivo não seco, após aprensagem ter-se-á, com grande probabilidade, o chamado efeito webbing (filamentos). Isto significa uma fraca resistência inicial e uma fraca resistência final de colagem, principalmente se os substratos unidos não possibilitarem a saída do solvente.

Aspectos a considerar no processo de secagem:

- o equipamento de secagem deve ser concebido de acordo com o tipo de componente ou material a secar;

- não se realiza a secagem forçada imediatamente após a aplicação do filme de adesivo;


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- o fluxo de ar deverá ser em sentido contrário ao deslocamento do componente, de intensidade branda, seco e, quando possível, aquecido entre 60 e 800C (dependerá da temperatura ambiente);

- o tempo de secagem do filme de adesivo deve ser observado, conforme orientação do fabricante do adesivo.

Tempo aberto: é o tempo em que o filme de adesivo apresenta tack (pega e liga) sem necessidade de recorrer à reativação química (uso de solventes) ou reativação térmica (uso de calor), ou seja, é o tempo máximo em que um filme de adesivo pode permanecer seco ao ar e ainda capaz de ser auto-aderente sob determinadas condições de temperatura e umidade relativa do ar.

Esta propriedade está relacionada com as forças de coesão do material, ou seja, as cadeias poliméricas do material adesivo ainda não cristalizaram (ainda estão no estado amorfo). Elas apresentam um grau de liberdade suficiente para permitir uma troca de segmentos entre as superfícies em contato com os filmes de adesivo (interface adesivo-adesivo), de modo a coalescerem entre si, formando um único filme. Este contato é garantido por meio de uma pressão conveniente entre eles.

Como o tempo aberto é limitado, utiliza-se a técnica da reativação, a qual objetiva fazer com que o polímero do filme de adesivo volte ao estado amorfo, permitindo uma boa colagem.

Esquema de meios/procedimentos para reativação

QUÍMICA COM SOLVENTES (POUCO UTILIZADA)

REATIVAÇÃO COM LÂMPADAS TIPO FLASH

TÉRMICA COM LÂMPADAS TIPO INFRA-VERMELHOCOM ESTUFA

Aspectos a considerar na reativação:

- O tempo de reativação situa-se entre 5 e 12 segundos e está em função das variáveis temperatura ambiente, tipo/cor do material e tipo de adesivo.

- As superfícies onde foram aplicados os filmes de adesivo devem ser expostas frontalmente à ação dos raios emitidos.


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- Quando se tratar de reativação em trilho, esteira, ou quando o material estiver em movimento, deve-se observar a velocidade em função do tempo de atuação. Isto leva a concluir que, para tempos curtos de exposição, deve-se aproximar o material da fonte emissora de calor e para tempos longos de exposição deve-se afastar o material da fonte emissora de calor.

- Materiais de cores claras devem ser mais aproximados ou pode-se aumentar a temperatura, pois eles refletem mais os raios; os de cores escuras devem ser mais afastados, pois absorvem mais os raios.

- Deve-se evitar adaptações com sistemas de reativação inadequados, pois podem ocorrer princípios de incêndio e/ou prejudicar a qualidade da colagem, como queimar superficialmente o filme de adesivo.

- A temperatura normalmente indicada para reativação na superfície do filme de adesivo é, respectivamente, de 70 a 80 ºC e 50 a 60 ºC para poliuretano e para policloropreno (atualmente os mais utilizados).

- Para avaliação técnica do poder de tack, pode-se utilizar o procedimento do teste da esfera de metal, conforme a norma da ASTM D 3121.

VISCOSIDADE DOS ADESIVOS

Viscosidade é a medida das forças internas de fricção de um fluido, que podem ser comparadas grosseiramente como sendo a energia requerida para movimentar um corpo que se atrita sobre outro. A viscosidade pode ser considerada como sendo a fricção interna causada pelo movimento de uma camada de líquido em relação a outra camada. Um material muito viscoso possui muita fricção interna, ou seja, ele não fluirá ou se espalhará tão facilmente quanto um material menos viscoso. Em virtude disto, a viscosidade dos adesivos é uma característica muito importante, do ponto de vista operacional.

A viscosidade deve estar de acordo com as características do material a colar e do processo operacional envolvido, pois poderá ter uma penetração excessiva do adesivo nos interstícios do material, ou poderá ter uma penetração inadequada. O ideal é ter um filme de espessura adequada à colagem.

A viscosidade não está relacionada diretamente com o teor de sólidos, pois o fabricante de adesivos pode conseguir “manipular” o peso molecular médio dos polímeros utilizados, agentes espessantes, composição dos solventes, tipos de resinas empregadas, etc. Portanto, é desta forma que se produzem os popularmente conhecidos adesivos de viscosidade fina, média ou grossa.O fabricante de adesivos não recomenda alterar sua viscosidade pela adição de diluentes, como procurar um maior rendimento pela diluição do adesivo. Deve-se também evitar trabalhar com recipientes inadequados, onde os solventes sofrem evaporação pela exposição do adesivo ao ambiente. Isto altera sua constituição, como, por exemplo, o teor de solventes.


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Com respeito aos recipientes, recomenda-se trabalhar ou com sistemas pressurizados, sendo, neste caso, necessário o uso de filtros específicos para reter qualquer umidade na rede pneumática (este sistema não deve ser utilizado para os adesivos tipo bicomponentes) ou com recipientes que exponham ao mínimo o adesivo, evitando a evaporação dos solventes (como exemplos tem-se a pistola tipo recipientes com saída tipo bebedouro de galinha).

As unidades de medida da viscosidade mais utilizadas são o centiPoise e o miliPascal segundo; pode-se medi-las em equipamentos ou utensílios como: viscosímetro Broockfield, copos Ford, etc.

Abaixo informa-se a viscosidade de alguns adesivos por aplicação:

- adesivo base: 100 a 500 cP;

- adesivo para montagem e colagem de solados: 1000 a 4000 cP;

- adesivo para colar tecidos e fachetes: 3000 a 5000 cP;

- adesivo para preparação tipo cimento: 10000 cP.

VIDA ÚTIL E TEMPO DE ESTOCAGEM DOS ADESIVOS

Vida útil é o tempo em que, após misturado o reticulante ao adesivo, este apresenta condições de uso, ou seja, não há alteração nas suas características. À medida que o tempo passa, o reticulante atua nas cadeias poliméricas modificando seu peso molecular, conseqüentemente, alterando sua viscosidade.

Vale ressaltar que a temperatua e a umidade são variáveis que atuam de maneira significativa na vida útil de um adesivo de dois componentes, ou seja, no verão a vida útil do adesivo com reticulante é menor que no inverno.

Tempo de estocagem é o tempo recomendado pelo fabricante com relação à data de fabricação e à de vencimento do adesivo. Com o passar do tempo, ocorrem alterações na sua constituição, devido às reações químicas (decomposição) e sedimentação dos componentes mais densos. No almoxarifado sempre se deve dar saída para as embalagens que estão estocadas por mais tempo.

Outro fator importante: antes de fazer uso do adesivo, deve-se submeter a embalagem à agitação, para que ocorra novamente a mistura de seus componentes. Com o tempo, os componentes mais pesados (cargas, por exemplo) tendem a depositar-se no fundo da embalagem. O tempo máximo recomendado para adesivos de policloropreno e poliuretano em solução é de seis meses.

OUTRAS CONSIDERAÇÕES COM RELAÇÃO ÀS PROPRIEDADES DOS ADESIVOS

Resistência inicial


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A resistência inicial avalia a coesão suficiente para resistir aos esforços das operações e às temperaturas relativamente elevadas subseqüentes no processo produtivo.

Resistência final

A resistência final avalia o quanto o filme de adesivo resiste às solicitações (forças) após um determinado período de tempo. No caso do adesivo de policloropreno, após 72 horas; no do adesivo de poliuretano, após 120 horas da colagem das peças. Aqui também devem ser avaliadas outras variáveis que podem interferir na resistência da colagem, tais como estrutura do material utilizado, preparação das superfícies, método utilizado para a aplicação do adesivo, secagem do filme de adesivo, etc.

A resistência final é avaliada em dinamômetro (máquina de tração), através da aplicação de forças combinadas, isto é, forças paralelas e perpendiculares às superfícies coladas. Este processo é também denominado teste de rasgamento ou peeling (descascamento) . São possíveis outras avaliações no dinamômetro, tais como: forças de tensão, compressão, tração e clivagem (forças aplicadas em ângulo reto com as superfícies coladas, que formam entre si um novo ângulo).

Resistência à fluência em temperaturas elevadas

A resistência à fluência em temperaturas elevadas visa avaliar a resistência do filme de adesivo quando este for submetido a temperaturas mais elevadas que as usuais, como no caso das operações do processo de fabricação ou mesmo no uso do calçado.

Resistência após o envelhecimento acelerado

A resistência ao envelhecimento avalia em quanto o filme de adesivo pode sofrer degradação química e está relacionada com a variação de temperatura.

Para tanto, realiza-se o teste em estufas em 500C durante sete dias, ou 700C durante três dias; isto equivale a mais ou menos seis meses de uso.

Teor de não-voláteis (sólidos)

O teor de não-voláteis (sólidos) constata o total de material sólido no adesivo, que é responsável pela união entre as partes. Em um adesivo para colagem da sola ao cabedal, pode-se ter até 15% de sólidos; para um adesivo base, não se recomenda que contenha quantidade superior a 7% de sólidos.


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Adesivos com baixo teor de sólidos podem exigir a aplicação de mais de uma demão para que se consiga uma colagem satisfatória; porém, um excesso de cargas poderá facilitar a sedimentação destas no fundo do recipiente.

Os adesivos em emulsão (base água) possuem valores bem mais elevados.

Toxidez

A toxidez está relacionada com determinados solventes e produtos químicos contidos nos adesivos, principalmente nos adesivos em solução. Tais produtos representam riscos potenciais e acumulativos à saúde de quem os manuseia. Recomenda-se minimizar os riscos com algumas precauções, que são:

- orientação adequada aos operadores quanto aos riscos e maneira correta de utilização dos adesivos;

- uso de equipamentos para ventilação e retenção por aspiração de vapores e solventes;

- utilização de luvas para proteção das mãos;

- em determinadas situações, utilização de óculos para proteção dos olhos.

PREPARAÇÃO DE SUPERFÍCIES

As finalidades de preparação da superfície são:

aumentar a superfície de contato, remover ou reduzir substâncias e produtos que interfiram numa boa colagem, permitindo assim uma melhor fixação do adesivo. Pode-se dividir a preparação da superfície em preparação mecânica e preparação química.

Preparação mecânica

A preparação mecânica utiliza meios mecânicos para preparação da superfície, ou seja, utiliza-se a lixa, escova de aço, a escova de aço inserida em uma borracha, fresa, esmeril, etc.

Vale lembrar que os meios abrasivos citados acima estão fixos normalmente a um eixo rotativo. Assim sendo, verifica-se a rotação, entre outros itens; verifica-se também a força exercida sobre o componente, as condições do meio abrasivo e, principalmente, o tipo de material a ser asperado.


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Preparação química

A preparação química utiliza meios químicos para preparação da superfície, ou seja, utiliza-se solventes de limpeza, ácidos, solução halogenante.

Vale lembrar que a preparação química divide-se em uma limpeza superficial e uma asperação química propriamente dita. O cuidado está com relação à toxidez dos produtos e ao conhecimento dos produtos em relação aos materiais que serão preparados.

A definição de um procedimento de preparação em relação a outro depende basicamente do material a colar e do tipo de adesivo empregado.

MÉTODOS DE APLICAÇÃO

Os métodos de aplicação variam de acordo com os tipos de adesivos, formas e tipos de substratos a ser colados, métodos de secagem e cura dos adesivos, limitações de espaço e exigências de produção.

Utilizam-se espátulas, pincéis (chatos ou redondos), escovas, pistolas manuais, pistolas pressurizadas, máquinas (de rolos, de injeção) para a aplicação dos adesivos. Coleiros com disco, aplicadores eletrônicos, etc.

FIXAÇÃO E PRENSAGEM DOS COMPONENTES

Na fixação das peças, deve-se ter o cuidado de não tocar com os dedos (principalmente em adesivos com tempo aberto) na superfície do filme de adesivo; deve-se posicioná-las corretamente, para evitar a remoção e reposicionamento posterior. Se tal ocorrer, a resistência da colagem vai diminuir, podendo causar sérios problemas posteriores.

Na prensagem dos componentes, deve-se observar alguns fatores:

- quantidade de pressão em relação à dureza dos materiais que serão unidos (principalmente no caso de solas); esta pressão oscila entre 25 libras/polegadas2 até 90 libras/polegadas2

- o tempo de prensagem também está relacionado com a dureza do material, porém recomenda-se que o tempo não seja inferior a 10 segundos;

- a distribuição da pressão deve ser uniforme sobre as superfícies (verifica-se através do teste do papel carbono); as prensas que dão melhores resultados de distribuição (principalmente em solados) são a pneumática de bolsas e a sorveteira.


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1 libra/polegada2 = 0,07030 kgf/cm2 = 6,805x102 atm

psi = pound square inch = libra/polegada2

O teste do papel carbono é realizado com uma folha de papel branca e macia sobreposta por um papel carbono que libere tinta facilmente. Ambos são interpostos à forma (com o corte montado e preparado à superfície de colagem) e ao solado (não aplicar adesivo nas superfícies). Após, submeter à prensagem.

Em seguida, avaliar a impressão obtida na folha de papel, ou seja, a impressão deve ser uniforme ao longo de toda a superfície submetida à pressão, sem ocorrência de marcas pronunciadas ou ausência de impressão.

FORMULAÇÃO DE UM ADESIVO

A formulação de um adesivo varia conforme o material que se deseja colar, conforme o processo produtivo, o equipamento ou instrumento utilizado para sua aplicação, enfim, varia de acordo com a finalidade a que se destina o uso do adesivo.

Informa-se, abaixo, alguns constituintes que fazem parte da formulação de um adesivo líquido:

- polímero base;

- solventes;

- resinas;

- cargas;

- reticulantes;

- aditivos.

Polímero base

O polímero base é, sem dúvida, o componente principal do adesivo, pois o mesmo é responsável por um grande número de propriedades relacionadas com a aplicação e desempenho final do produto (borracha de policloropreno, borracha de poliuretano, borracha natural, poliacetato de vinila, poliamida, poliéster, EVA, poliacrilatos, etc.

Solventes


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Os solventes são utilizados para dissolver, dispersar ou emulsionar a borracha ou o polímero base, resinas e demais materiais líquidos ou sólidos presentes na composição do adesivo. Os solventes influenciam nas propriedades de aplicação dos adesivos, isto é:

- resistência inicial;

- tempo aberto;

- tempo de secagem;

- viscosidade;

- rendimento.

Pode-se dividí-los em rápida evaporação (acetona, acetato de etila, acetato de isopropila, acetato de metila, metiletilcetona, hexano, SBPs, etc.), média evaporação (acetato de butila, acetato de isobutila, acetato de propila) e lenta evaporação (ciclohexanona, etilglicol, etc.).

Resinas

As resinas têm várias finalidades: aumentar o tempo aberto do adesivo, aumentar a resistência ao calor, tornar mais duros os filmes de adesivo, auxiliar na formação dos cristalitos (breu, goma laca, cumarona-indeno, fenólicas, alquidicas, epóxi, etc.).

SBPs = Special Booiling Point Spirits: mistura de solventes orgânicos (parafinas e ciclo parafinas com pequena quantidade de hidrocarbonetos aromáticos).

Cargas

Pode-se dividí-las em cargas ativas e cargas inativas.

As cargas ativas têm a função de formar complexos com as resinas. Estes complexos têm alto ponto de fusão (até 260%), o que fornece ao adesivo boa resistência ao calor. No caso da borracha de policloropreno, ela previne a cura prematura da borracha durante o processo de fabricação, podendo ainda atuar como agente recebedor do ácido clorídrico formado (ZnO, MgO, etc.).

As cargas inativas têm função apenas de baratear o produto (Si0). No caso de policloropreno, praticamente não são mais usadas.


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Promotores de adesão ou reticulantes

Os promotores de adesão são as substâncias que de fato melhorarão a qualidade do adesivo. Normalmente são adicionados em adesivos ditos bicomponentes, sendo a mistura feita antes do uso (adesivos líquidos).

Várias propriedades são melhoradas, tais como:

- resistência final de colagem (principalmente em couros com teor de óleos e graxas muito elevado, materiais plásticos e elastoméricos que apresentam excesso de plastificantes);

- resistência ao calor.

Aditivos

Aditivos são os produtos adicionados com uma finalidade específica, como, entre outras:

- melhorar resistência à oxidação (antioxidantes);

- neutralizar ácidos liberados (estabilizantes), como no caso do policloropreno;

- aumentar adesão específica (borracha clorada para aumentar a adesão em metais).

ALGUMAS COLAS E ADESIVOS

Para efeito de distinção entre os muitos adesivos existentes no mercado, há uma classificação conforme características.

a) Quanto ao estado físico (em condições normais).

- produtos líquidos (emulsão, dispersão e solução);

- produtos sólidos (pós, grãos, fitas, lâminas, etc.).


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b) Quanto à composição química:

-elastômeros, plásticos, resinas, etc.

c) Quanto à finalidade (é a mais utilizada no meio calçadista)

- para a preparação de componentes;

- para a fixação através do filme de adesivo (montagem, solados, etc.).

d) Quanto às condições de uso:

- a frio ou a quente;

- com um ou dois componentes.

e) Quanto à forma de atuação:

- por reação química;

- por secagem física (evaporação do solvente).

Utilizar-se-á a classificação quanto ao estado físico de apresentação.

Adesivos líquidos em emulsão

Existe uma grande variedade de materiais políméricos (normalmente borracha e termoplásticos) que se apresentam sob a forma de látex e que, dependendo dos polímeros que os constituem, são utilizados como adesivos.

Os látices nada mais são do que pequenas partículas (agrupamentos de macromoléculas), com diâmetros da ordem de 1 micron (10-3 mm), emulsionados em água, sob a ação de um tensoativo. Eles são o produto resultante do próprio processo de obtenção do polímero que, após terem sido concentrados até um teor de sólidos em torno de 60%, são estabilizados pela adição de substâncias alcalinas como, por exemplo, amoníaco no látex de borracha natural.


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Portanto, existem látices de borracha natural extraídos de determinadas espécies vegetais (seringueira) e látices de polímeros sintéticos, produzidos pelo processo de polimerização em emulsão.

Considerações:

a) Deve-se evitar uma possível confusão entre látex líquido e látex sólido (certos materiais utilizados em solados de calçados).

Corretamente, um látex apresenta-se sob forma de um líquido de aspecto leitoso e constitui-se de uma emulsão de polímero em água. Se este látex for tratado com substâncias ácidas, o equilíbrio será destruido, ocorrendo a coagulação e a precipitação do polímero.

Se este polímero for uma borracha (após secado, beneficiado e moldado na forma desejada), também é denominado popularmente de látex (não possui cargas e constitui-se essencialmente de borracha pura).

b) Para a correta utilização de um látex como adesivo, é necessário que pelo menos um dos materiais a ser colados seja permeável à água, de forma que ela possa escapar da zona de união (madeira, couro, tecidos e outros materiais que permitam a secagem), permitindo a adesão, desde que a união seja feita a úmido.

c) Atualmente existem adesivos em emulsão (poliuretano, policloropreno) que devem ser primeiramente submetidos à secagem para então serem unidas as peças, ou seja, possuem tempo aberto com a reativação, quando necessária.

Alguns adesivos geralmente utilizados em emulsão: látex natural, látex sintético, PVA, etc.

Adesivos líquidos em solução

Adesivos líquidos em solução constituem-se de soluções de polímeros em solventes orgânicos. Nesta classe de adesivos também são utilizados diversos tipos de polímeros, desde o policloropreno até os mais variados tipos de polímeros sintéticos.

Neste caso, o veículo não é mais água (como em emulsões) e sem mistura de solventes orgãnicos (derivados de petróleo, solventes clorados, ésteres, cetonas, etc.), existindo riscos de inflamabilidade e toxidez. Portanto, sua fabricação e manuseio devem obedecer a cuidados especiais.


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- Adesivos à base de resinas sintéticas: resinas vinílicas (poliacetato de vinila, policloreto de vinila, etc.), resinas acrilicas (cianocrilato), resinas estirênicas, resinas epóxi;

- Adesivos à base de policloropreno;

- Adesivos à base de poliuretano.

a) Adesivos à base de policloropreno

A matéria-prima básica é o policloropreno, conhecido comercialmente como “Neoprene”, obtido através da polimerização do cloropreno.

Estes adesivos são os mais utilizados na indústria calçadista, em virtude de:

- serem de fácil aplicação;

- terem boa compatibilidade com uma porção de materiais;

- apresentarem boa performance na colagem.

Existem vários tipos de policloropreno devido ao processo de polimerização utilizado, fazendo com que sejam alteradas propriedades físicas e químicas tais como a viscosidade, estabilidade da cor, solubilidade, cristalinidade, etc.

Os adesivos de policloropreno podem ser preparados quimicamente, para serem reticulados com poliisocianato. Deve-se ter o cuidado de adicionar o agente de reticulação ao adesivo um pouco antes do seu uso, pois as reações se processam rapidamente. Isto confere ao adesivo uma alta resistência inicial e também melhora consíderavelmente a resistência ao calor.

b) Adesivo de poliuretano

A aplicação e o conseqüente aumento no consumo de adesivos à base de poliuretano devem-se à utilização de novos materiais na indústria de calçados, bem como a certas exigências na performance de uma colagem. Para materiais como PVC, borracha termoplástica e mesmo laminados de corte em PVC e PU, só se consegue uma boa aderência utilizando-se esta classe de adesivo.

Suas vantagens são inúmeras, tais como:

- boa resistência ao calor;- bom comportamento em presença de materiais graxos e de plastificantes (PVC flexível


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e borrachas termoplásticas).

Uma outra vantagem é a sua versatilidade de uso (superior à dos adesivos de policloropreno), podendo ser utilizados na maior parte dos materiais para calçados.

No entanto, seu consumo torna-se limitado devido a algumas desvantagens que apresenta, tais como:

- climas úmidos e quentes podem provocar a sua degradação, ou seja, o efeito da hidrólise nas ligações ésteres;- custo superior ao dos adesivos à base de policloropreno;

- geralmente possui tempo aberto curto, requerendo reativação;

- vida útil relativamente curta, após a mistura do reticulante (adesivo de poliuretano bicomponente).

Considerações:

a) Devido aos tipos e quantidades de solventes utilizados (representam de 75 a 80% do adesivo), eles apresentam riscos de inflamabilidade e de toxidez. Portanto, devem ser estocados e manuseados respeitando-se normas de higiene e segurança do trabalho. Não devem ser utilizados adesivos que contenham solventes muito tóxicos como, por exemplo, o benzeno (benzol).

b) A escolha do tipo de adesivo (à base de policloropreno ou de poliuretano) depende fundamentalmente do tipo de material que deverá ser colado, e também de certas exigências no desempenho da colagem como, por exemplo, resistência a temperaturas mais elevadas.

c) Estes adesivos devem ser convenientemente homogeneizados antes do uso, pois pode ocorrer a formação de fases (camadas de composições diferentes). Isto pode ocorrer tanto durante a es-tocagem do adesivo como na etapa de mistura dos componentes de um adesivo a dois componentes. Como já foi dito anteriormente, os adesivos à base de policloropreno possuem materiais sólidos em suspensão (óxidos metálicos), os quais, com o tempo, tendem a sedimentar. Portanto, torna-se necessária uma agitação, para tornálos novamente homogêneos.

Adesivos sólidos termofusíveis (hot melt)

Estes adesivos são sólidos à temperatura ambiente e isentos de solventes. Suas composições estão baseadas em polímeros termoplásticos, os quais têm a propriedade de amolecer-se por aquecimento e de solidificar-se novamente por resfriamento (passam por vários estados intermediários de viscosidade). Podem apresentar-se sob as mais diversas formas: em pós, peletizados, em fitas, em fios contínuos (tipo espaguete), etc.


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Os principais polímeros utilizados nas composições de adesivos sólidos são: poliamidas, poliésteres, polietilenos e seus copolímeros (EVA, por exemplo), policarbonatos, derivados vinilicos, poliuretano, etc.

As propriedades destes produtos são diferentes, como, por exemplo, os poliésteres têm um ponto de fusão variando de 150 a 200% e resultam em filmes duros e quebradiços, enquanto as poliamidas (nylon) e os derivados vinílicos têm ponto de fusão de 120 a 1700C e são mais flexíveis.

Para haver uma boa adesão, é necessário que o adesivo consiga “molhar” bem a superfície do substrato, penetrando em seus interstícios. Devido a isto, conclui-se que os polímeros de alto peso molecular (cadeias muito longas) não servem para estes adesivos, pois sua viscosidade (no estado líquido) seria muito alta, o que limitaria esta penetração.

Existem, pois, alguns critérios que devem ser levados em conta na escolha do adesivo termofusível mais indicado, tais como:

- o adesivo deve formar um filme com espessura adequada de possuir uma penetração razoável;

- o filme de adesivo deve possuir uma flexibilidade compatível com aquela necessária aos componentes a ser colados.

Os adesivos termofusiveis possuem uma série de vantagens sobre os adesivos em solução, tais como:

- tempo de estocagem “ilimitado”: poliéster, um ano; poliamida, dois anos;

- segurança quanto à inflamabilidade;

- ausência de toxidez;

- resistência final imediata;

- pequena perda de adesivo.

No entanto, apesar de nos últimos anos ter havido um grande crescimento no seu consumo, eles apresentam algumas desvantagens, que restringem a utilização em relação aos adesivos em solução, tais como:

- investimento em equipamentos especiais;- ausência de equipamentos adequados para determinadas operações de colagem;- temperatura elevada de aplicação, podendo agredir o substrato.


ADESIVOS

CLASSIFICAÇÃO

Quanto à origem:

- mineral (silicato de sódio)- animal (cartilagens, caseína, albumina)- vegetal (dextrina, amido, goma laca, goma arábica, borracha natural)- sintética (policloropreno, poliuretano, epóxi, PVA, acrílico, resorcinol- formol, fenólico, cianoacrilato, nitrílico).

Quanto ao tipo de colagem:

- adesivo de contato: adesivo que se adere pelo contato após decorrido o seu tempo de secagem (policloropreno, poliuretano, copolímero estireno butadieno / isopreno);

- adesivo sensível à pressão (PSA): adesivo capaz de aderir a uma superfície à temperatura ambiente, mediante uma leve pressão (fita adesiva, dispersões acrílicas, hot melt a base de borrachas TR);

- adesivo termofusível (hot melt): adesivo sólido, quando em temperatura ambiente, que é aplicado sob forma fundida, promovendo-se a união mediante solidificação por resfriamento (EVA, poliamida, poliéster);

- adesivo estrutural: adesivo com mais de um componente que, misturados antes do seu uso, são aplicados sobre as superfícies a colar. Após a mistura dos componentes, ocorre uma reação química (epóxi, poliuretanos);

Quanto ao tipo de solvente:

1- Meio sintético:

· Policloropreno ( CR)

Composição: é um elastômero conhecido como Neoprene (derivado de um nome comercial da Du


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Pont), cola sintética (por ser o primeiro adesivo sintético introduzido no mercado) ou cola forte (para distingui-lo da cola benzina). Pode-se utilizar como solvente: tolueno, SBP, acetona, etc.

Processo de obtenção: polimerização do monômero cloropreno em emulsão aquosa (comercializado no estado sólido, granulado). Monômero do cloropreno: CH2=CCl-CH=CH2

Características: Possui coloração que varia do quase transparente, passando pelo branco, amarelo, até o âmbar escuro. Em relação à borracha natural, o policloropreno exibe semelhantes propriedades mecânicas, contudo a presença do átomo de cloro reduz a suscetibilidade à oxidação, aumentando a resistência ao ozônio e a contaminantes atmosféricos. O solvente mais utilizado é o tolueno e a característica mais importante é que o efeito da colagem é imediato após o adesivo ser aplicado e as partes serem unidas.

Aplicações: Dependendo da aplicação, os adesivos podem ter um tempo aberto de 15 minutos a várias semanas. Este tipo normalmente é utilizado na preparação de peças e na montagem do calçado. É indicado para colagem de couro, madeira, papelão, tecido, palha, cortiça, borrachas em geral, EVA, poliestireno, laminados, espumas, etc. Possui elevada resistência de colagem, sendo em alguns casos superada pelo adesivo de poliuretano. Alguns adesivos de policloropreno podem ser utilizados com adição de reticulante. Pode-se ter o adesivo policloropreno em meio solvente ou meio aquoso.

Obs.: ms: meio solvente ma: meio aquoso

· Poliuretano (PU)

Composição: reage e endurece pelo mecanismo de poliadição. É composto basicamente de poliisocianato e poliol. A reação principal é a quebra da ligação dupla do C (carbono) e do N (nitrogênio) pelo grupo hidroxila.

Conhecido popularmente pelo nome de cola PVC (no início seu uso era para solas de PVC). Atualmente ampliou seu espectro de uso até inclusive à laminação tridimensional para folhas de PVC em equipamentos específicos.

Temos duas grandes famílias deste adesivo:

A) Isentos de solventes;


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B) Com solventes (aquosos e sintéticos).

Temos dois tipos de adesivos PU: - monocomponente: predomina uma cristalização rápida e uma boa resistência inicial. Neste caso o polímero básico já está quase totalmente reagido, e não possui grupos hidroxila (OH) livres para reagir com os reticulantes.- bicomponente: é adicionado o agente reticulante ao adesivo, o que melhora a resistência ao calor, comparando-se ao mono.

Processo de obtenção: O=C=N-R-N=C=O (diisocianato) + HO-R-OH (diol)

Características: normalmente não possui tempo aberto, devendo ser reativado com calor na ocasião da prensagem, exceto os chamados de colagem fria. De uma forma geral, as colagens com PU são mais resistentes. Possui alta resistência à óleos, graxas, umidade, calor, etc.

Aplicações:

Monocomponente: o adesivo é aplicado em ambos os substratos que, após a evaporação do solvente orgânico, são unidos e prensados, formando uma boa colagem superficial. São usados principalmente na indústria de calçados (solados).

Bicomponente: composto de uma hidroxila poliuretânica em meio solvente, que é misturada com o isocianato também em meio solvente, como no monocomponente é também aplicado em ambos os substratos. Em relação ao monocomponente esta colagem tem uma coesão superior, assim como maior resistência física e química. Usado principalmente na indústria de calçados.

2- Meio aquoso:

· PVAc

Composição: principais constituintes: monômero de acetato de vinila (VAM) ou de acetato de vinila-etileno (VAE), colóide protetor de álcool polivinílico (PVOH), catalisadores, anti-espumantes, plastificantes, bactericidas, cargas, etc.

Processo de obtenção: Monômero do acetato de vinila (VAM): CH2=CH-O-C=O-CH3

O monômero do acetato de vinila é disperso em água e álcool polivinílico (PVOH), o qual atua como colóide protetor. O acetato de vinila é ativado com um catalisador (peróxido de hidrogênio - H2O2), o qual transfere radicais livres para o monômero. Em um segundo estágio as moléculas do


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monômero começam a polimerizar-se aumentando seu peso molecular. O terceiro estágio consiste em bloquear a parte reativa da macromolécula para terminar a reação de polimerização.

Características: Também conhecida por cola branca, não tóxica, é uma dispersão aquosa de acetato de polivinila, possui plastificação externa, pode ser isenta de cargas ou não e em alguns casos possui aditivos que proporcionam características especiais. Não apresenta resistência à água

Aplicações: os adesivos de PVAc podem ser utilizados em várias colagens com substratos diferentes, tais como: colagens de tacos e parquetes x pisos de concreto, nivelamento de pisos, colagens de madeira, fibrocimento, tecidos, dublagens e impregnação de tecidos, colagens de papéis e embalagens em geral. Para a união dos dois substratos se faz necessário o uso de prensas ou algum tipo de prensagem.

· Policloropreno

Composição: é um elastômero conhecido como Neoprene (derivado de um nome comercial da Du Pont), cola sintética (por ser o primeiro adesivo sintético introduzido no mercado) ou cola forte (para distingui-lo da cola benzina).

Processo de obtenção: polimerização do monômero cloropreno em emulsão aquosa (comercializado no estado sólido, granulado). Monômero do cloropreno: CH2=CCl-CH=CH2

Características: Possui coloração amarela. Em relação ao látex de borracha natural o policloropreno exibe melhores propriedades mecânicas, contudo a presença do átomo de cloro reduz a suscetibilidade à oxidação, aumentando a resistência ao ozônio e a contaminantes atmosféricos. Em relação ao policloropreno em meio solvente, o policloropreno em meio aquoso não permite obter a mesma velocidade de colagem, contudo a resistência da colagem não é afetada.

Aplicações: Dependendo da aplicação, os adesivos podem ter tempo aberto. Vem sendo utilizado na preparação de peças e na montagem do calçado. É indicado para colagem de couro, madeira, papelão, tecido, palha, cortiça, borrachas em geral, laminados, espumas, etc. Possui elevada resistência de colagem, sendo em alguns casos superada pelo adesivo de poliuretano. Alguns adesivos de policloropreno podem ser utilizados com adição de reticulante. Pode-se ter o adesivo policloropreno em meio solvente ou meio aquoso.

Obs.: ms: meio solvente ma: meio aquoso

· Látex de Borracha Natural

Composição: os adesivos látex de borracha natural consistem de uma suspensão coloidal de


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partículas de borracha, usualmente com dispersões de várias resinas e cargas. O látex sintético também é em meio aquoso, porém não apresenta o cheiro irritante de amoníaco característico do látex natural.

Processo de obtenção: polímero natural chamado de poliisopreno.

Características: possui alta elasticidade, além de que o fillme seco apresenta colagem quando pressionado filme contra filme.

Aplicações: muito utilizado para a preparação de peças na costura e na dublagem de forros e tecidos. Também pode ser utilizado na indústria gráfica como adesivo dupla-face.

· Poliuretano (PU)

Composição: reage e endurece pelo mecanismo de poliadição. É composto basicamente de poliisocianato e poliol. A reação principal é a quebra da ligação dupla do C (carbono) e do N (nitrogênio) pelo grupo hidroxila.

Temos o PU bicomponente: é adicionado o agente reticulante ao adesivo, o que melhora a resistência ao calor, comparando-se ao mono.

Processo de obtenção: O=C=N-R-N=C=O (diisocianato) + HO-R-OH (diol)

Características: normalmente não possui tempo aberto, devendo ser reativado com calor na ocasião da prensagem. De uma forma geral, as colagens com PU são mais resistentes. Possui alta resistência à óleos, graxas, umidade, calor, etc.

Aplicações:

Bicomponente: composto de uma hidroxila poliuretânica em meio solvente, que é misturada com o isocianato. Usado principalmente na indústria de calçados e indústria de móveis em laminação 3D.

· Vegetal e animal

Composição:

a) Cola vegetal: o amido é o principal polímero natural disperso em água. A estrutura molecular do amido é muito complexa, pois trata-se de um polímero da glicose, um carbohidrato.


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b) Cola animal: a cola animal é constituída de uma proteína derivada da hidrólise do colágeno, o qual é um constituinte proteico das peles animais, tecidos conectivos e ossos. O colágeno, a cola animal, e a gelatina estão intimamente relacionadas como proteína e composição química: C102H151O39N31 (cola animal)

Processo de obtenção:.

a) Cola vegetal: O adesivo é obtido misturando-se amido, água e outros produtos (resinas, sabões, etc.).b) Cola animal: depois de limpa, a pele bovina é levemente acidulada com HCl ou H2SO4. O material é cozido com água quente até separar-se uma solução diluída de cola.C102H149O38N31 (colágeno) + H2O C102H151O39N31 (cola animal)

Características:

a) Cola vegetal: usado industrialmente como um adesivo barato, efetivo, versátil e de simples aplicação. Solúvel em água, susceptível ao ataque de microorganismos.b) Cola animal: são vendidas no mercado na forma granulada e pulverizadas, são secas, duras, cor variando de um âmbar claro à café. A densidade da cola animal é cerca de 1,27 e sua umidade de 10-14%. São somente solúveis em água.

Aplicações:

a) Cola vegetal: indústria gráfica (acoplamento do papelão ondulado, colagem do fundo de pacotes de farinhas) e indústria têxtil (fazer com que as fibras se mantenham juntas).b) Cola animal: indústria de móveis e de artesanatos de madeira, indústria têxtil, de papel, rotulagem (caseína).

3- Meio hot melt:

Introdução

Já na Idade da Pedra os homens usavam resinas, breu e alcatrão como materiais para colagem e vedação.

A base para o desenvolvimento de adesivos tipo hot melt no entanto, foi somente estabelecida nos anos 20 e 30 deste século, com o advento de processos de polimerização na indústria. Como polímero base principal para adesivos hot melt têm-se o EVA (copolímero de Etileno-Vinil Acetato), que foi colocado no mercado pela primeira vez em 1961. Atualmente os adesivos hot melt são usados em praticamente todos os ramos da indústria.


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São adesivos baseados em polímeros termoplásticos (exceto o PUR), 100% sólidos à temperatura ambiente que, quando submetidos a uma determinada temperatura, se liquefazem. São isentos de solventes e sua fluidez ocorre quando aquecidos.

O uso de adesivos hot melt tem crescido desde sua aceitação como uma alternativa a partir dos anos 60. De um consumo de aproximadamcnte quatro milhões de kg anualmente nos Estados Unidos em 1964, o consumo atual da indústria é estimado em 400 milhões. Hot melts são usados em uma grande variedade de aplicações, como: embalagem, higiênicos, sensíveis a pressão e montagens de produtos. Uma vez reconhecidas as vantagens de um sistema 100% sólido de colagem, de rápido desenvolvimento, de resistência e tendo-se equipamentos adequados para sua aplicação, as formulações dos adesivos evoluíram para maior complexidade e usos específicos. Este artigo irá rever a natureza dos hot melts, vantagens, limitações, composição a aplicações.

Definição

Adesivos hot melts são materiais temoplásticos 100% sólidos. Estes produtos são uma blenda de polímeros, resinas taquificantes e modificadores como ceras, plastiflcantes e antioxidantes.

A formação da colagem á iniciada pelo aquecimento do adesivo bem acima do seu ponto de amolecimento (usualmente 120 a 175 °C).O adesivo fundido flui e ocupa os lugares a serem aderidos, “molhando” ambas as superfícies. Este solidifica rapidamente enquanto esfria, criando assim resistência de colagem. Ao contrário dos adesivos base água ou base solvente, não há nenhum líquido a ser removido e a resistência da colagem é quase instantânea.

Há diversos controles-chave para se acompanhar e determinar a performance da colagem de adesivo, como:

MASSA: o volume de adesivo aplicado tem o maior efeito direto na resistência da colagem. Aumentando a camada de cola normalmente aumenta-se a resistência.

TEMPERATURA: aumentando a massa de adesivo em produtos de mais baixa viscosidade, com o aumento da temperatura aumenta-se sua capacidade de escorrimento. Incrementando o escorrimento do fluido se auxiliará o contato maior do adesivo com a superfície do substrato primário bem como se “molhará” o substrato secundário, para se obter uma colagem perfeita.

TEMPO EM ABERTO: o tempo em aberto de um adesivo é o tempo entre a aplicação do adesivo no substrato primário, até seu contato com o substrato secundário. Como o hot melt começa a esfriar imediatamente após o contato com o primeiro substrato, ele precisa ser rapidamente colocado em contato com o primeiro substrato, ele precisa ser rapidamente colocado em contato com o secundário antes da temperatura cair a um nível em que o adesivo não flua suficientemente para “molhar” a segunda superfície. A velocidade, por exemplo, de uma linha de fechamento de caixas determinará o tempo em aberto do adesivo. O tempo em aberto também será influenciado pelo volume de adesivo aplicado e a temperatura de aplicação. Aumentando a quantidade de


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adesivo aplicado e/ou a temperatura de aplicação aumentam o tempo em aberto do hot melt. Diminuindo os dois, diminuirá o tempo em aberto.

COMPRESSÃO: a compressão está ligada a pressão aplicada à construção da colagem por um pequeno tempo para assegurar que os substratos não se mexerão enquanto o hot melt esfria e promove a adesão.

Vantagens e Iimitações

As principais vantagens são:

- velocidade de desenvolvimento de força de coesão;

- livre de solventes, 100% sólido;

- versatilidade;

- preenchimento de espaços vazios (vedante);

- baixo consumo de energia;

1- Velocidade de força de coesão: a característica de rapidez do desenvolvimento da resistência da colagem das peças é responsável pelo rápido ganho de popularidade. A chance de se acelerar uma linha de produção, diminuindo a quantidade de espaço disponível necessário e até as seções a serem coladas, além da possibilidade de se embalar ou despachar produtos acabados imediatamente, diminuindo tempos e espaços de estocagem, foram grandes incentivos para o uso de hot melts.

2- Livre de solventes 100 % sólidos: os hot melts, que são 100% sólidos, apresentam máxima velocidade de despacho e mínimo espaço para armazenagem. Não há água ou solventes a serem removidos, o que possibilita colagens rápidas. Além disso não há agregados potencialmente perigosos como solventes ou o custo da segurança do manuseio de adesivos base solvente (periculosidade).

3- Versatilidade: uma grande variedade de matérias-primas permite versatilidade nas formulações e composições dos adesivos. Hot melts podem ser macios com escorrimento a frio (com alongamento) ou duros e quebradiços. Eles podem ter tack e serem sensíveis à pressão ou secos e sem efeito de blocagem, dependendo de sua aplicação e performance requerida da colagem.

4- Aplicação como vedante-selante: com um adesivo 100% sólido que rapidamente esfria e se solidifica, é fácil de controlá-lo. Os hot melts permanecem onde são aplicados e podem até ser aplicados esponjados. Expansão, fios e gotejamento são minimizados.


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5- Baixo consumo de energia: o consumo total de energia para aplicação de adesivo pode ser substancialmente diminuído com hot melts. No caso de uma aplicação de hot melt sensível à pressão, um estudo comparando um adesivo base solvente com 40% de sólidos, uma emulsão de 50% de sólidos e um hot melt (100% sólido), calculando a energia gasta para secar 1000 ft² de um filme de 1,5 mm, teríamos:

- solventes: 83.000 Btu- emulsão: 55.000 Btu- hot melt: 2.000 Btu

Entretanto, para o uso de hot melts há também determinadas limitações:

1- Necessidade de equipamentos especiais: como hot melts necessitam altas temperaturas para serem aplicados, algumas concessões são feitas no desenvolvimento de equipamentos para assegurar a sensibilidade dos controles de temperatura e de segurança. Rolos resfriados são até as vezes necessários para que se previnam distorções térmicas em matérias sensíveis ao calor.

2- Colagem consistente: como os hot melts resfriam muito rapidamente, tendem a resfriar muito em sua superfície, o que é uma desvantagem. Como são polímeros diluídos em outros componentes, às vezes apresentam falhas em relação a outros sistemas de solventes.

3- Sensibilidade à temperatura: termoplásticos por natureza, hot melts não dão bons resultados quando expostos a altas temperaturas por longos tempos. Também sua estocagem às vezes não é prática. Seu aquecimento em grandes blocos é quase inviável, necessitando ser sempre transformado em pequenos grãos para minimizar o aquecimento necessário para se chegar à aplicação.

4- Fatores de segurança: as altas temperaturas de aplicação dos adesivos de hot melt apresentam riscos de queimaduras em contato com apele. Com cuidado, treinamento e poucas precauções, isso pode ser minimizado.

Composição

Existem três propriedades fundamentais que são levadas em conta na formulação de um hot melt: tack, força de adesão e força de coesão.

TACK: é a propriedade de um adesivo de umedecer uma superfície onde é aplicado, que pode prover a força inicial para se poder ter uma força de adesão mensurável.

FORÇA DE ADESÃO: é a medida da colagem desenvolvida pelo contato do adesivo. As resistências de colagem podem variar, dependendo das formas de aplicação, substratos a serem colados e condições do ambiente ao qual a colagem está exposta.


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FORÇA DE COESÃO: é a medida da resistência interna do adesivo. Outras propriedades que podem ser formuladas incluem propriedades físicas como viscosidade, ponto de amolecimento e tensão de ruptura. Outras relacionam propriedades como tack, resistência ao descascamento, velocidade de secagem e resistência ao calor, que variarão dependendo da aplicação final específica a qual o hot melt se destina.

POLÍMERO BASE: são componentes de adesivos hot melt usados para obter o balanço de propriedades acima descrito e a base principal ou: polímero, resina taquificante e modificadores tipo ceras, plastificantes, antioxidantes, etc.

Apesar de alguns materiais serem derivados de produtos naturais, os formuladores de hot melts estão fortemente dependentes da indústria petroquímica. Tanto que são afetados pela disponibilidade e preços de óleo cru e gás natural bem como da capacidade das refinarias.

O maior componente de um hot melt é o polímero básico. O polímero é o componente que provaca a força coesiva ou interna do adesivo. Dos polímeros a escolher, duas classes tem sido particularmente usáveis na versatilidade de fórmulas de hot melts: EVAs e elastômeros:

EVAs são polímeros de etileno e vinil acetato. Ele pode ser considerado um polímero de duas fases, com grupamentos estes distribuídos ao acaso ao longo da cadeia polimérica com segmentos de polietileno. Os segmentos etilênicos compõe a fase cristalina, ao passo que as regiões amorfas são de vinil acetato. As regiões cristalinas são relativamente duras, contribuem para a resistência a altas temperaturas, resistência ao escorrlmento ao frio e baixo tack. As regiões amorfas contribuem para melhorar o tack, a

adesão e a flexibilidade. Como classe, eles são classificados por seu teor de vinil acetato e seu índice de fluidez (base para seu peso molecular). O conteúdo de vinil acetato varia de 10 a 40%. O índice de fluidez varia de menos de um para altas viscosidades e mais de 2000 para baixas viscosidades. O formulador pode tirar vantagem destas duas fases desenvolvendo adesivos com propriedades balanceadas, resistência da fase cristalina e flexibilidade e adesão da fase amorfa.

A segunda classe de polímeros que contribui em maior proporção para a versatilidade das formulações de hot melts são os elastômeros borrachosos. Estas borrachas termoplásticas, que podem ser representadas por copolímeros blocados tipo A-B-A, onde A representa um bloco terminal poliestirênico e B representa um bloco intemediário de polisopreno, polibutadieno ou poli (eileno/butileno), e tem sido o instrumental do desenvolvimento de hot melts sensíveis a pressão. Ao contrário dos segmentos dos polímeros de EVA, que são aleatórios, os segmentos intermediários e terminais de SIS, SBS e SEBS são seqüencialmente polimerizados por reação controlada, onde se determina o tamanho do segmento e sua distribuição ao longo da cadeia.

Em adição à seleção de monômeros disponíveis para o bloco eslatômeros podem ser classificados pelo conteúdo de blocos estirênicos terminais, pelo peso molecular e pela geometria da estrutura polimérica que pode ser linear ou ramificada por natureza. O atributo chave de cada uma das borrachas termoplásticas que se soma a suas aplicações é que os blocos duros e cristalinos como os blocos terminais de estireno são incompatíveis com o bloco intermediário elastomérico. Por causa


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desta incompatibilidade, os blocos terminais estirênicos tendem a se associar com outros, formando domínios rígidos estirênicos sem o sistema elastomérico. Estas ligações cruzadas conferem ao polímero elastomérico surpreendente força de coesão. Também esta característica bifásica destes polímeros viabiliza ao pesquisador uma grande diversidade de fórmulas, na seleção de resinas taquificantes ou modificadores que se associarão aos blocos terminais, intermediários ou ambos.

RESINAS TAQUIFICANTES: o segundo maior componente dos hot melts são as resinas taquificantes. Estas resinas podem ser consideradas como solventes sólidos para os polímeros base. Elas promovem o tack, que permite que a massa de adesivo umidifique e promova a aderência nas superfícies a serem coladas. Além de tack e adesão, as resinas taquificantes reduzem a viscosidade de polímeros de muito alto peso molecular, desta forma aumentando o tempo em aberto da blenda. Muito importante na seleção das resinas taquificantes e sua composição é o seu peso molecular. São estes dois parâmetros responsáveis pela sua solubilidade e compatibilidade com o polímero base. Outras características que devem ser consideradas são cor, estabilidade, ponto de amolecimento, disponibilidade e preço. A seleção de resinas taquificantes pode ser feita de fontes de produtos naturais como breus, breus modificados e terpenos ou resinas hidrocarbônicas de estoques de petróleo ou gás natural.

Breu é uma resina acidosa termoplástica obtida da seiva das árvores pinus. Há três métodos principais para obtenção de breu, resultando diferentes nomes de produto conforme a fonte usada. “Breu Goma” (gum rosin) é derivado do corte da árvore, de onde exudara uma resina. “Breu da madeira” (wood rosin) é obtido por extração por solventes de pedaços de madeira cortados e picados. Breu de tall oil éum subproduto da indústria de papel. Após a remoção da polpa de madeira, o líquido remanescente é concentrado, deixando um precipitado que é acidificado até se obter o tall oil. Os ácidos resinosos são separados por destilação. Breus, fáceis de oxidar e cristalizar, são usados normalmente em hot melts com modificações para melhorar sua estabilidade. Das reações de modificações, a mais usada é a de esterificação. Ésteres de breu são comercializados em diferentes pontos de amolecimento que vão desde líquidos a temperatura ambiente até 140 °C.

Uma segunda classe de resinas de tack são os terpenos. Os monômeros para produção de resina terpênica são derivados da “turpentina” obtida como subproduto no processo de esmagamento usado para resinas de goma, madeira e tall oil. Monômeros terpenos também derivam de cascas de cítricos. Os monômeros comumente usados são alfapineno, betapineno, dipenteno e d-limonemo. Resinas terpênicas são de cor clara e são obtidas com pontos de amolecimento de 10 a 140 °C. Terpênicas modificadas são produzidas como copolímeros com fenol (terpenofenólicas) e estireno (terpenoestirenadas).

As resinas terpênicas e os breus e seus derivados tem sido as resinas mais usadas com melhor compatibilidade com a maioria dos polímeros base dos adesivos hot melts.

A terceira classe de resinas taquificantes são os hidrocarbonetos alifáticos (C5), aromáticos (C9), misturas de alifáticos.-aromáticos e resinas de puro monômero. Estas resinas podem ser consideradas de baixo peso molecular, derivados de petróleo, carvão ou gás natural. Resinas


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hidrocarbônicas alifáticas são produzidas de corrente C5 leve e clara (C5 referindo-se ao número médio de átomos de carbono por molécula de monômero) de fração de petróleo.

Estas resinas de cor leve e clara são tipicamente encontradas em faixas de ponto de amolecimento entre 80 e 115 °C. Tem excelente compatibilidade com ceras, polietileno, polipropileno amorfo e copolímeros em blocos tipo SIS.Resinas aromáticas são derivadas de uma blenda de frações de mais alto número de carbonos com um anel aromático como o estireno.Estas resinas tem ponto de amolecimento variando de 10 a 150 ºC com variação de cor desde amarelo claro até âmbar escuro. Estas resinas são mais compatíveis com EVAs de alto teor de vinil acetato e elastômeros termoplásticos com blocos terminais estirênicos. Resinas de monômero puro são uma classe especial de resinas C9, derivados de puros monômeros aromáticos sintéticos como estireno alfametilestireno

e vinil tolueno. Embora similares em compatibilidade com as resinas C9, as resinas de monômero puro são usadas em formulações transparentes de hot melts e oferecem cor firme, resistência ao calor e oxidação.As resinas misturadas alifáticas/aromáticas são blendas variando a proporção de correntes C5 e C9. Estas resinas são usadas principalmente para balancear a compatibilidade de uma larga escala de polímeros.

OUTROS INGREDIENTES: modificantes são seguidamente adicionados para se atingir as propriedades físicas e de performance da formulação de adesivo. Ceras são normalmente adicionadas em hot melts para linha de embalagem. Sendo de peso molecular menor do que o polímero e as resinas taquificantes, as ceras são usadas para baixar a viscosidade, controlar o ponto de amolecimento e o tempo em aberto, prevenir o efeito de blocagem e baixar o custo de matéria-prima. Derivados de petróleo, encontra-se no mercado uma infinidade de parafinas, micro-cristalinas e macro e ceras sintéticas com pontos de amolecimento entre 49 e 125 °C.

Plastificantes podem ser adicionados a hot melts sensíveis a pressão e adesivos de montagem de produtos, para promover a umectação e a adesão, para aumentar a flexibilidade e baixar a viscosidade da blenda. Seleções são comercializadas com baixo peso molecular, com ésteres de flalato e benzoato, líquidos taquificantes de baixo ponto de amolecimento e óleos hidrocarbônicos derivados de petróleo (misturas de frações aromáticas, naftênicas e parafínicas). Assim como as resinas taquificantes, a solubilidade e a compatibilidade dos plastificantes com o polímero base é das mais importantes.

Cargas como caulim para baixar custos, aumentar a força de coesão, aumentar a resistência à altas temperaturas e promover a opacidade. Pigmentos também são, às vezes, adicionados, para formação de cores específicas.

Antes de nós estarmos prontos para compor um novo produto, necessitamos ainda de mais uma matéria-prima chave: o estabilizante. Como os hot melts são produzidos e aplicados em altas temperaturas e atmosfera de oxigênio, antioxidantes são adicionados para se manter a cor, a


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viscosidade, promover a resistência a formação de gel, pele na superfície do hot melt e carbonização durante seu uso.Se o hot melt for usado em exposição direta ao sol e intempéries, protetoras ultra-violeta e anti-ozonantes também são adicionados.

Aplicações

As vantagens oferecidas pelos adesivos hot melts tem tomado seu uso comum em embalagens, sensíveis a pressão e produtos aplicados em montagem de peças. Enquanto o monitoramento de certas propriedades físicas de vital importância como a viscosidade, ponto de amolecimento e dureza de penetração, são comuns a todos, os testes de performance são determinados em função do uso e aplicação do produto.

Como todos imaginam, quanto mais o formulador de adesivo se aproximar da necessidade da aplicação e da composição das condições de uso, maiores as chances de se obter sucesso na implantação do produto. Aplicações de embalagem incluem fechamento de papelão, formação de sacos multifolhados, paletização, fechar caixas (tampar), aplicação do fundo de garrafas de PET e rotulagem. Hot melts sensíveis a pressão são usados normalmente para etiquetas e fitas adesivas (com resistência a temperatura ambiente, ou freezer, ou aplicações em geral). A temperatura de resistência a descascamento, tack ou rasgo são propriedades balanceadas para se controlar a umectação, adesão e a facilidade de corte de um filme para etiquetado.

Aplicações em montagem de produtos incluem: têxteis, colagem de livros, non wovens, vedantes, automóveis e calçados. No início deste texto vimos uma aplicação típica de laminação de polietileno a non woven na construção de fraldas.

Desafios

O crescimento dos adesivos hot melts, em parte, dependerá do desenvolvimento de tecnologias de aplicação, da capacidade dos hot melts de atingir necessidades de performance e a responsabilidade perante as condições ambientais a serem preservadas.

Uma das limitações dos hot melts é sua sensibilidade a temperatura. Com resistência estrutural limitada a altas temperaturas, as oportunidades de se promoverem ligações cruzadas em aplicações que podem aumentar consideravelmente o peso molecular dos polímeros.

Duas das mais significantes questões ambientais são a substituição dos adesivos base solvente e a reciclabilidade dos hot melts. Aumentam as pressões regionais para se reduzir os Compostos Orgânicos Voláteis (VOCs), o que forçará mudanças.

Os adesivos hot melt sensíveis a pressão podem substituir boa parte dos adesivos base solvente de baixa e média performance. A necessidade de adesivos sem solvente na faixa de colagens com alta resistência de colagem a altas e diferentes temperaturas tem sido uma grande preocupação. Os hot melts reativos têm sido encarados como possíveis candidatos a soluções para tais colagens.


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A indústria de adesivos também está sendo muito solicitado para apresentar produtos recicláveis, dispersáveis em água, dispersáveis em álcalis, componíveis e biodegradáveis. Extenso trabalho está em andamento nas indústrias de adesivos e seus fornecedores, sem no entanto termos requisitos bem definidos pelo futuro usuário, contudo, todos trabalham em conjunto para um final comum, para eliminação de efluentes e resíduos.

Conclusão

Hoje os produtores de adesivos hot melt trabalham junto com os fornecedores de matérias-primas e com empresas de desenvolvimento de equipamentos aplicadores para incrementar seu uso e aplicação.

Esta divisão acelera resultados e se torna mais eficiente. E, na década de 90, com a grande preocupação de se minimizar o impacto ambiental causado pelas indústrias, toda a ênfase no desenvolvimento dos hot melts será dada.

Composição:

Polímeros : conferem resistência interna ou coesão. Alguns tipos: EVA, TR, APO, PU, Lineares, etc.

Resinas taquificantes : naturais (breu) ou sintéticas hidrocarbônicas, tem a função de conferir a pega ou tack à quente do adesivo.

Agentes modificadores : tem a função de reduzir a viscosidade, atuar como plastificantes, aumentar a velocidade de cura ou tempo aberto, (cera de PE, parafinas, etc.)

Aditivos : anti-oxidantes, anti-blocantes, pigmentos, cargas (reduzir custo)

Processo de obtenção: introdução das matérias-primas em seqüência pré-determinada, em vaso termicamente aquecido entre 150C-200C e com agitação mecânica. Pode ser comercializado na forma de bastões para ser aplicado com pistolas manuais, sob a forma granulada para ser aplicado em máquinas automáticas (coleiros ou aplicadores eletrônicos), ou na forma de blocos.

· Hot melt - Base EVA

Composição: o polímero principal é a base de copolímero de Etileno-Vinil Acetato (EVA), podendo-se utilizar vários tipos de resinas EVA, como por exemplo EVA com médio teor de Acetato de Vinila, semi-amorfo, baixo peso molecular, compatibilidade com diferentes substratos.

Características: em função do peso molecular e do teor de Acetato de Vinila deste copolímero, os adesivos hot melt possuem viscosidades moderadas e boa adesão entre os substratos.


ADESIVOS

Aplicações: indústria gráfica (colagem da emenda de cartuchos), bookbinding, anti sliping, rotulagens, coating impermeabilizante, indústria moveleira.

· Hot melt - Base TR

Composição: o polímero principal é a base de borracha termoplástica (Thermoplastic Ruber - TR).

Características: o TR apresenta resistência química similar ao Neoprene, baixa deformação (tanto à tração como à compressão), excelente resistência ao envelhecimento, à fadiga dinâmica, ao ozônio e boa resistência à abrasão.

Aplicações: onde deseja-se tack permanente, fraldas descartáveis, absorventes íntimos, rotulagem de garrafas PET, etiquetas auto-adesivas, etc.

· Hot melt - Base Poliolefínicos

Composição: o polímero principal é a base de poliolefínicos (APO), tais como: polipropileno (PP), polietileno (PE), polibutileno (PB), poliisobutileno (PIB), etc.

Características: apresentam baixo custo, tempo aberto longo, boas características de colagem, boa resistência inicial.

Aplicações: indústria moveleira, têxtil, automobilística. Laminação de chapas metálicas e papéis.

· Hot melt - Base PU

Composição: o polímero principal é a base de poliuretano (PU):


ADESIVOS

HO-R1-OH (diol) + 2O=C=N-R2-N=C=O (diisocianato)

OCN-R2-NH-C=O-R1-O-C=O-NH-R2-NCO (poliuretano reativo)

Características: o hot melt a base de PU reativo, comporta-se como termoplástico durante a fase de aplicação. Durante a segunda fase, quando acontece a reação do grupo isocianato na molécula do adesivo com a umidade do ar ou do substrato, obtém-se uma linha de cola com características de produto termofixo. O resultado deste processo é que o adesivo apresenta alta resistência ao calor, elevada resistência à água, elevada resistência a produtos químicos e contaminantes atmosféricos, boa flexibilidade a baixas temperaturas e resistência a solventes. O adesivo à base de PU reativo custa cerca de seis vezes mais que o à base de EVA. Boa adesão em plásticos e vidros.

Aplicações: são aplicados com aplicadores especiais que impeçam a entrada de ar durante a colagem. No setor moveleiro aplica-se na união de substratos ou em diversas situações onde existam superfícies em constante contato com umidade. Também utilizados na indústria automobilística, elétrica e em bookbinding.

4- Outros:

· Cianoacrilato

Composição: são adesivos monocomponentes à base de metil ou etil-cianoacrilato.

Características: são líquidos de baixa viscosidade e uma vez curados, são 100% sólidos que aderem a quase todo tipo de superfície em poucos segundos, curando a temperatura ambiente e na presença de umidade. Não contém solventes, são resistentes à maioria dos produtos químicos e resistem a temperaturas variadas. Excelente resistência à intempérie. Não adere a borrachas, espumas, polietileno, polipropileno.

Aplicações: a aplicação pode ser manual ou semi-automática. Aderem metais, plásticos, madeira, vidro, couro, elastômeros, cerâmicas.

· Anaeróbicos


ADESIVOS

Características: adesivo de colagem instantânea pela cura na ausência de oxigênio, pela pressão exercida sobre os dois substratos a serem colados e na presença de metal como catalisador.

Aplicações: são utilizados como travas químicas, que são adesivos líquidos que preenchem os espaços vazios entre as roscas e após a cura unificam as partes. Isto previne qualquer movimento entre as roscas, eliminando o afrouxamento causado pelas vibrações, impacto e variações térmicas.

FENÔMENO DA ADESÃO

O entendimento do fenômeno de adesão entre dois corpos (ou substratos) requer conhecimentos sobre a natureza química dos seus constituintes, a reologia do meio, a geometria de contato e as propriedades físico-químicas das superfícies. Trata-se de um tópico altamente interdisciplinar, o que freqüentemente provoca interpretações diferentes de um mesmo fenômeno por autores de áreas distintas. O próprio termo adesão pode assumir significados distintos. Forças intermoleculares atuantes em uma interface causam o fenômeno da adesão. Por outro lado, o termo adesão também é empregado como referência à energia necessária para se romper uma junta adesiva. Ou seja, o primeiro significado refere-se a um fenômeno interfacial, enquanto o segundo está ligado à dissipação de energia ao longo de todo um volume da junta adesiva, quando esta é solicitada em um esforço de separação.

Os materiais denominados adesivos são aqueles que promovem a adesão entre dois substratos, pela ação de forças intermoleculares. Portanto, adesão é o fenômeno interfacial ou a energia de separação de dois substratos, enquanto adesivo é o material que promove a união entre os mesmos .

1. Forças Atrativas Intermoleculares


ADESIVOS

As forças atrativas responsáveis pelo fenômeno físico-químico da adesão são as forças fundamentais da natureza que unem átomos para formarem moléculas, e moléculas para formarem líquidos ou sólidos [3]. Estas forças, quando atuam entre dois substratos, permitem a adesão de ambos. Os adesivos são utilizados como um elo entre os substratos, que se ancora em cada substrato em função das forças intermoleculares.

1.1 Forças EIetrostáticas

Forças eletrostáticas surgem da interação entre átomos ou moléculas carregados eletricamente por cargas de sinais opostos. Trata-se de uma das maiores forças de interação entre átomos e moléculas (com exceção das ligações covalentes), com energia de ruptura típica da ordem de 100 kcal/mol. A energia potencial da interação resultante de forças eletrostáticas é dada por:

Equação 1 EI = q1q2

4R

onde qi representa a carga dos átomos ou moléculas, é a constante dielétrica do meio e r a distância que separa os átomos ou moléculas.

1.2 Forças de van der Waals

Uma das primeiras tentativas de descrição de gases não-ideais foi dada pela equação de van der Waals, definida por

Equação 2 P + an 2 (V - bn) = nRT V2

onde a e b são constantes que descrevem as interações entre átomos ou moléculas,

não consideradas pela equação dos gases ideais. Estas interações que provocam o desvio da lei dos gases ideais são denominadas forças de van der Waals, as quais são as seguintes:

a) Interações Dipolo-Dipolo


ADESIVOS

A eletronegatividade diferenciada dos átomos que constituem uma molécula pode fazer com que esta apresente cargas virtuais (dipolo) em função de uma distribuição não uniforme dos elétrons. A energia potencial de interação entre dois dipolos pode ser obtida por

Equação 3

P = 1 2 (2cos cos - sinsin cos[Ø1 - Ø2]) r3

Onde i são os momentos dipolares das moléculas i, r é a distância que separa os centros dos dipolos e i, são os ângulos de orientação entre os dipolos.

b) Interações Dipolo-Dipolo Induzido

Moléculas com distribuição uniforme da nuvem eletrônica podem ser polarizadas por dipolos, o que define um dipolo induzido. A energia potencial das interações dipolo-dipolo induzido é dada por

Equação 4

I = - 2 2 + 2 1

r6

onde é a polarizabilidade molecular, e as demais variáveis são as mesmas das equações anteriores.

c) Forças de Dispersão (ou de London)

Trata-se da força de adesão mais comum, encontrada em praticamente todos os materiais. Surge da formação de dipolos instantâneos, provocando a formação de dipolos induzidos instantâneos, quando átomos ou moléculas com distribuição de cargas uniforme se aproximam. E responsável, por exemplo, pela coesão molecular de polímeros não-polares como o polietileno, SBR, borracha natural e borracha butílica. A energia potencial da interação resultante de forças de dispersão entre átomos ou moléculas similares é dada por:

Equação 5

D = - 3 2 C 1 - 3 2 I 1 4 r6 4 r6

e para átomos ou moléculas dissimilares:


ADESIVOS

Equação 6

D = - 3 1 22C 1 C 2 - 3 1 22I 1 I 2 4 r6 C1 + C 2 4 r6 I1 + I 2

onde Ci são constantes moleculares que podem ser aproximadas por Ii, os potenciais de ionização dos átomos ou moléculas.

1.3 Interações por Pontes de Hidrogênio

Um caso particular das interações dipolo-dipolo é o das interações de dipolos que contêm o hidrogênio ligado a elementos eletronegativos como o F, O, N e Cl. A energia de interação destas ligações pode variar de 2 a 10 kcal/mol, energia esta bem maior que as obtidas por interações de van der Waals. O tamanho bastante pequeno do átomo de hidrogênio é o fator que diferencia as interações por pontes de hidrogênio das interações dipolo-dipolo normais. As distâncias intermoleculares de interações por pontes de hidrogênio são de cerca de 2 a 3 À, ao passo que nas interações dipolo-dipolo normais esta distância gira em tomo de 3,5 a 4,5 À. Estas interações são muito importantes em adesão, visto a presença bastante comum de hidroxilas em superfícies.

1.4 Interações por Compartilhamento de Pares de elétrons

a) Ligações Covalentes

São as ligações formadas pelo compartilhamento de elétrons das camadas externas dos átomos que constituem uma molécula. Os seis elementos multivalentes que se associam predominantemente através de ligações covalentes são oN, O, Si, P e S. A quantidade de ligações covalentes em uma molécula está diretamente relacionada à flexibilidade da mesma. Em termos de adesão, trata-se da interação de maior energia entre duas superfícies.

b) Interações Ácido-Base

Interações do tipo doador-receptor como as interações ácido-base podem ocorrer na interface entre substratos, resultando em adesão. As interações ácido-base tornaram-se bastante populares recentemente para descrever fenômenos de adesão. De acordo com alguns autores [5], as interações que sempre atuam em uma interface são as resultantes das forças de dispersão, seguidas das interações ácido-base, quanto à freqüência de ocorrência.

2. Magnitude e Alcance das Forças Atrativas Intermoleculares


ADESIVOS

As ligações covalentes e iônicas proporcionam energias de interação intermolecular de maior magnitude, se comparadas às interações proporcionadas pelas forças de van der Waals. Contudo, as forças de van der Waals atuam em uma distância maior, sendo chamadas de forças de longo alcance.

3. Forças Repulsivas

Existe um limite de distância de atuação das forças atrativas, visto que com o decréscimo da distância interatômica ou intermolecular, surge uma região de repulsão. O limite é governado pela aproximação das nuvens eletrônicas dos átomos ou moléculas. Forças repulsivas desta natureza são de menor alcance que as forças de interação eletrostáticas, covalentes ou de van der Waals. O balanço das forças atrativas e repulsivas entre átomos e moléculas é dado pela equação de Lennard-Jones

Equação 7

L - J = - A + B r6 r12

onde A representa o balanço das interações atrativas e B as interações repulsivas.

4. Energia livre e Efeitos de Interações Moleculares Coletivas

As forças intermoleculares mencionadas anteriormente dizem respeito a mecanismos de interação entre pares de moléculas isoladas. Todavia, sabe-se que efeitos de interações moleculares coletivas em um meio podem gerar resultados inesperados, tomando-se como referência interações intermoleculares de pares isolados neste meio. Termodinamicamente, este comportamento pode ser compreendido observando-se a redução da energia livre destes sistemas. Este efeito pode ser observado em alguns cristais iônicos nos quais, observando-se isoladamente as interações de pares de mesma carga, prevalecem as forças repulsivas; porém, termodinamicamente, o estado cristalino e o balanço de interações de longo alcance entre cargas opostas reduzem a energia livre do sistema, estabilizando-o. Outro exemplo dos efeitos de interações coletivas é apresentado por De Gennes] no estudo de separação de fases em soluções poliméricas de polioxietileno em água.

5. Mecanismos Físico-Químicos de Adesão

Além das forças de atração intermoleculares, alguns mecanismos físico-químicos contribuem para o desenvolvimento da adesão entre dois substratos, como os mencionados a seguir.

5.1 Tensão Superficial e Adesão Capilar


ADESIVOS

Seja E a força necessária para se deformar um filme líquido (como por exemplo um filme de sabão líquido confinado entre uma armação de arames) por uma distância dx. Se o valor desta força por unidade de comprimento do filme (1) for representado por y, temos que o trabalho realizado é

Equação 8

W = ldx

ou ainda

Equação 9

W = dA

onde dA (ldx) é a área deformada; de modo que

Equação 10

= W dA

onde é a tensão superficial deste líquido.

Temos então que, pela definição física, a tensão superficial corresponde ao trabalho necessário para se gerar uma nova unidade de área do fluido; ou seja, a energia superficial necessária para esta deformação. Observa-se pela definição acima que a tensão superficial pode ser apresentada em unidades de força por comprimento ou de energia por unidade de área. (i.e., dyn/cm e ergs/cm2 , ou N/m e J/m2).

Quando um determinado líquido molha bem a superfície de um tubo capilar, observa-se que este líquido sobe pelo interior deste capilar. O tratamento matemático básico do problema da capilaridade baseia-se na equação de YoungLaplace, que estabelece

Equação 11

P = 2L I r

onde AP é o diferencial de pressão promovido pela elevação capilar do líquido, YLé a tensão superficial do líquido e r é o raio de curvatura do líquido no interior do capilar.


ADESIVOS

Pelo efeito de capilaridade, segundo a equação de YoungLaplace, quando um líquido molha duas superfícies paralelas como o indicado na Figura 1, tem-se uma forçaf atuando entre estas superfícies, que é dada por

Equação 12

f = 2LV / x2

onde V é o volume de líquido e x é a distância entre as duas superfícies. Esta força caracteriza a adesão capilar e, para um dado volume de líquido, é maior quanto menor for a distância entre as superfícies.

Figura 1 - Representação da adesão capilar promovida por um líquido entre duas superfícies. Vé o volume do líquido e YL é a sua tensão superficial.

5.2 Travamento Mecânico

A rugosidade de superfícies pode propiciar ganchos mecânicos para a ancoragem da substância adesiva. Este fator contribui para o aumento da adesão, desde que estas superfícies rugosas apresentem coesão suficiente para suportar esforços. Isto explica, por exemplo, a melhora na adesão de superfícies de alumínio anodizado. Neste processo, o óxido gerado na superfície possui as características favoráveis de ancoragem mecânica e coesão. Este também é o mecanismo predominante na ancoragem das restaurações dentárias.

Resultados da literatura evidenciam a importância deste mecanismo nos resultados de adesão. Galembeck et ai., demonstraram como a impregnação superficial com Fe203 em materiais de baixa energia superficial, como o PTFE (politetrafluoretileno), pode contribuir para a melhora na adesão destas superfícies.

5.3 Difusão Interfacial


ADESIVOS

Quando dois substratos são miscíveis e há mobilidade molecular suficiente para que ocorra a difusão entre as superfícies em contato, pode-se desenvolver a adesão. A mobilidade superficial pode ser favorecida pela presença de um solvente adequado ou pela fusão das superfícies. Quando os substratos são diferentes, a região onde a difusão ocorre é denominada interfase, a qual é constituída por uma blenda dos constituintes dos dois substratos. Este mecanismo explica a adesão entre superfícies de PVC pela ação de um solvente, a adesão entre superfícies de ABS por fricção mecânica de alta freqüência ou ainda a união de plásticos dissimilares como ABS e poliestireno por ultra-som.

6. Trabalho Ideal e Trabalho Real de Adesão

Define-se o trabalho ideal de adesão como o trabalho necessário para se separar reversivelmente duas fases (ou corpos) mantidas em contato, como está representado na Figura 2.

Figura 2 - Trabalho de adesão

De acordo com a termodinâmica de superfícies, o trabalho ideal de adesão, W~, é expresso por [10]

Equação 13

Wa = +

onde y~ é a tensão superficial da fase a, y13 é a tensão superficial da fase /3 e é a tensão interfacial entre ambas as fases.

A validade da equação acima se limita aos casos onde a separação ocorre de forma reversível, o que raramente é observado na prática. Separações (ou fraturas) reais são freqüentemente irreversíveis e acompanhadas por processos de dissipação de energia; processos estes que podem


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consumir muito mais energia que a própria energia relacionada ao trabalho de adesão ideal. Deste modo, define-se o trabalho real de adesão, o qual leva em conta o trabalho ideal de adesão e também as perdas de energia relacionadas aos processos dissipativos.

A adesão medida em ensaios de despelamento é um caso típico onde os valores práticos podem exceder em até uma ordem de magnitude os valores ideais.

7. Esforços Mecânicos e a Geometria da Junta Adesiva

Os quatro esforços mecânicos básicos que podem ser aplicados a uma junta adesiva são a tração, o cisalhamento, a clivagem e o despelamento. Na tração, o esforço é aplicado perpendicularmente ao plano da junta, sendo distribuído uniformemente em toda área dos substratos. Neste esforço, toda a camada adesiva trabalha e, assim, contribui com a adesão. No cisalhamento, o esforço é paralelo ao plano da junta e, como no caso anterior, toda a camada adesiva contribui com a adesão. Quando o esforço é aplicado perpendicularmente ao plano da junta e na extremidade de substratos rígidos, tem-se a clivagem. Neste esforço, a distribuição de tensão ao longo da linha adesiva não é uniforme. Quando pelo menos um dos substratos é flexível e, como na clivagem, o esforço é aplicado na extremidade dos substratos, tem-se o esforço de despelamento. Este é o esforço que resulta em maior concentração localizada de tensão na linha adesiva. Os quatro esforços mecânicos básicos estão representados na Figura 3.

Figura 3 - Esforços mecânicos básicos: (a) Tração, (b) Cisalhamento, (c) Clivagem e (d) Despelamento.

O esforço mais danoso que uma junta adesiva deve suportar é o esforço de despelamento, o que se deve ao fato de toda a energia estar concentrada na linha de frente do despelamento.


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Por outro lado, o esforço que usualmente é menos danoso é a tração, onde toda energia é dissipada ao longo da linha adesiva. Neste aspecto, a escolha adequada da geometria de uma junta adesiva pode contribuir significativamente para o seu desempenho. Exemplos desta influência e alternativas de geometria dejuntas adesivas podem ser encontradas em livros-texto de adesão e adesivos. Esta questão, puramente mecânica, ilustra bem como a adesão depende de fatores não relacionados diretamente à natureza do adesivo ou de propriedades físico-químicas de superfície.

8. Ensaios de Adesão

Em um ensaio de adesão, deseja-se simular os esforços e as condições de trabalho a que umajunta adesiva estará sujeita. Fatores como temperatura, taxa de ruptura, contato com contaminantes (solventes, óleos, plastificantes, etc...) e tempo de vida útil são freqüentemente analisados. Os ensaios básicos são os ensaios de tração, despelamento e de tato (no caso dos adesivos sensíveis à pressão). Normas ASTM tipicamente utilizadas nos ensaios de despelamento são as normas D-773, D-903 e D- 1876, e nos ensaios de tração as normas D-906 e D-1002. A diferença básica entre estas normas concentra-se na geometria da junta adesiva. Para os adesivos sensíveis à pressão, as técnicas mais comuns são o Loop Tack, o Rolling Ball Tack e o Probe Tack (ASTM D-2979), cujos detalhes são apresentados por Shields. No caso específico de fitas adesivas, uma medida bastante comum é a da força de despelamento a partir do próprio rolo da fita. Embora não relacionada diretamente aos ensaios de adesão, outra norma ASTM importante é a D-907, que trata da terminologia da área de adesivos.

A grande maioria das técnicas de ensaio de adesão é destrutiva. Embora pouco comuns e de uso limitado, técnicas não-destrutivas (acústicas e ultra-sônicas) podem ser empregadas .

9. A Necessidade dos Adesivos

Em função das forças intermoleculares, somos tentados a concluir que todos os materiais exibem auto-adesão natural entre si. Desta forma, poderíamos nos perguntar: Qual a necessidade dos adesivos em superfícies sólidas, onde forças de interação intermoleculares podem ser previstas? A resposta a esta questão está relacionada à distância necessária para a atuação das forças de interação. Qualquer superfície sólida possui rugosidades que impedem a aproximação inter-molecular ideal para a auto-adesão; por exemplo: espelhos metálicos possuem rugosidades da ordem de 50 nm ou menos, ao passo que as forças de van der Waals (as forças intermoleculares de maior alcance) são efetivas em distâncias da ordem de apenas 1 nm. Assim, justifica-se a necessidade dos adesivos, os quais são materiais que possuem mobilidade molecular suficiente para proporcionar o contato íntimo com as superfícies de uma junta adesiva, permitindo a atuação das forças de interação intermoleculares.

Exceções a esta regra são as superfícies cuja viscosidade é suficientemente baixa para que sofram deformação plástica, eliminando assim a rugosidade superficial. Filmes poliméricos muito finos também apresentam propriedades auto-adesivas, isto em função da reduzida espessura que permite a fácil acomodação do filme sobre superfícies.


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10. Classes de Adesivos

Os adesivos devem apresentar uma elevada mobilidade molecular para proporcionar o contato íntimo com os substratos, de forma que as forças de atração intermoleculares possam atuar. Entretanto, uma vez estabelecido o contato, deseja-se que o adesivo desenvolva coesão para resistir a esforços mecânicos; tal processo é denominado cura do adesivo. Existem vários mecanismos físico-químicos que possibilitam a cura dos adesivos, os quais definem as classes dos adesivos

A classe mais antiga de adesivos é a de adesivos baseados em solventes. Nesta classe encontram-se os adesivos à base de proteínas animais em água e também a dos adesivos à base de borracha e resinas em solventes orgânicos (denominados adesivos de contato). Nestes sistemas, o solvente permite a mobilidade das moléculas (polímeros ou macromoléculas) do adesivo. Com a sua saída da interface, ocorre o travamento molecular do adesivo.

Outra classe de adesivos é definida por sistemas bicomponentes. Nestes sistemas, a mistura das partes desencadeia uma reação química (geralmente uma reação de policondensação ou poliadição) qüe cura o adesivo. Exemplos desta classe são os adesivos epóxi e os adesivos à base de prépolímeros de poliuretanas

Atualmente, em função de tendências ecológicas, os adesivos termo-fundíveis tem se tomado uma opção bastante atrativa. Estes adesivos são aplicados a quente na forma fluída. Com o resfriamento e subseqüente solidificação, desenvolvese a adesão. Esta é a classe dos adesivos denominados HotMelt, geralmente compostos por EVA (copolímero de etileno com acetato de vinila), copolímeros bloco (SIS ou SBS), resinas naturais (breu e seus derivados) e resinas derivadas das frações C5 e C9 do petróleo.

Sistemas monocomponentes reativos definem outra classe. Exemplos são os adesivos à base de pré-polímeros de poliuretanas e silicones que curam com a umidade do ar (resultado da ativação pela umidade de terminações destes pré-polímeros e subseqüente reação de poliadição), os cianoacrilatos (monômeros que se polimerizam na aplicação, por iniciação aniônica provocada pela presença de uma base fraca [2]) e os adesivos epóxi monocomponente (ativados por calor, radiação elétro-magnética ou por incidência de radiação UV).

Em alguns casos, os adesivos possuem a propriedade de auto-adesão, ou tato (pega). Estes adesivos possuem um adequado balanço entre mobilidade para o estabelecimento de atrações intermoleculares e coesão para resistir a esforços. Esta é a classe dos adesivos sensíveis à pressão, visto que a pressão acelera o estabelecimento do contato e, conseqüentemente, da adesão. Estes são os adesivos utilizados em fitas adesivas e geralmente são constituídos por borracha natural, borracha butílica, resinas (naturais e sintéticas), copolímeros bloco e acrílicos.

Esta classe é bastante dependente da dinâmica de contato, visto que a adesão desenvolve-se com a difusão das moléculas da superfície. Este fator pode ser facilmente observado passando-se o dedo sobre a face adesivada de uma fita adesiva. Em velocidades baixas, pode-se sentir o tato do adesivo. Contudo, em velocidades elevadas, tem-se a sensação que a mesma superfície não apresenta adesão.

11. Tendências do Mercado de Adesivos


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Historicamente, observa-se que os sistemas adesivos vêm substituindo os sistemas de fixação mecânica em aplicações de interesse industrial. Vantagens técnicas relacionadas ao desempenho de juntas adesivas associadas aos fatores de produtividades e menor custo dos adesivos são os fatores determinantes.

As crescentes restrições ecológicas aos produtos que emitem solventes na atmosfera têm acelerado o desenvolvimento de alternativas aos tradicionais adesivos à base de solvente. Um bom exemplo é o estado da Califórnia, nos Estados Unidos, onde os adesivos à base de solvente já foram banidos. As alternativas atuais mais promissoras são os adesivos à base d’água e os Hot Melts, que ainda encontram no seu custo uma barreira para uma maior penetração.

Sistemas mais eficazes de cura, objetivando redução de tempo dos processos de produção e redução de energia, constituem outra tendência. Os adesivos bicomponentes de cura química (epóxis, acrflicos e poliuretanas) e sistemas de cura por radiação UV são alternativas já disponíveis.

Outra tendência tem sido a incorporação de funções especiais aos adesivos, como é caso de adesivos que apresentam condutividade elétrica anisotrópica para aplicações eletrônicas, ou ainda adesivos de alta capacidade de dissipação de vibrações para aplicações acústicas.

O crescente uso de plásticos de baixa energia superficial na indústria é outro fator que tem catalisado a busca de novos adesivos que eliminem processos de preparação para a colagem destas superfícies. Neste campo, já existem adesivos acrílicos (3M) capazes de aderir a superfícies de PTFE (politetrafluoretileno).

Os adesivos sensíveis à pressão têm como grande vantagem a praticidade de aplicação e a rápida adesão inicial; contudo, a adesão final deixa a desejar se comparada aos adesivos denominados estruturais, os quais curam quimicamente e podem estabelecer ligações covalentes com os substratos. O recente desenvolvimento de adesivos híbridos acrílico-epóxi permitiu que os benefícios dos adesivos sensíveis à pressão e dos estruturais fossem combinados em um único produto; ou seja, estes adesivos apresentam uma rápida adesão inicial e ainda desenvolvem a cura química pela ação do calor, apresentando assim uma adesão estrutural. A mais nova geração destes adesivos híbridos cura por radiação UV, permitindo assim a colagem estrutural de substratos sensíveis ao calor. Esta nova classe de adesivos híbridos tem encontrado diversas aplicações na indústria automobilística e aeroespacial.

Um desafio atual reside na busca de adesivos de base orgânica que apresentem alta resistência à temperatura (> 4000C), o que certamente vai ampliar o horizonte de aplicações dos adesivos.


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