Hay áreas de conocimiento que "no se pueden medir con un arshin común ...". En principio, en mi campo de "casa", la química coloidal, bajo esta dirección, puede colocar de manera segura cualquier concepto fundamental, ya sea adsorción (con adsorbentes) o adhesión (con adhesivos). Honestamente, no tenía una idea para escribir sobre pegamento. Pero cuando los lectores en cada tema relacionado con los polímeros comiencen a pedir información sobre adhesivos, involuntariamente lo pensarán (bueno, por supuesto, quiero detenerme en "todo debe estar pegado con superpegamento"). La adhesión y los adhesivos son un tema muy amplio, por lo que aún decidí abordarlo, pero dividir la historia en varias partes. Hoy, la primera parte es una introducción informativa. Para saber a qué se pega el adhesivo, qué tipo de adhesivos son y qué tipo de pegamento es el más adecuado para unir _____ (ingrese lo que necesita), tradicionalmente pasamos por debajo del corte (y lo ponemos en marcadores).
Antes de comenzar mi historia, me gustaría hacer una pequeña dedicación de digresión:
Químico coloidal de memoriaA mi jefe de práctica de graduación le gustaba responder a los ataques de mis colegas "ahora no hay estudiantes sensibles ..." con la frase "no hay malos estudiantes, hay un maestro que está tomando su lugar equivocado". Cada vez más, me encuentro de acuerdo con esta frase. Los estudiantes sienten sinceridad y dominio en el área temática y "votan" con respeto y asistencia.
La ciencia bielorrusa, después del colapso de la URSS, generalmente se convirtió en algo en sí misma, extraña y, a veces, incluso salvaje. No es sorprendente que muchos académicos bielorrusos, como regla, sean "ampliamente conocidos en círculos estrechos", personas no públicas, etc. Aunque el trabajo fue interesante. Pero más a menudo, la información biográfica seca en algún diseño casero del sitio html del instituto ni siquiera puede decir aproximadamente qué era la persona. Así que el doctor en ciencias químicas, el profesor
Thomas Fomich Mozheiko era un hombre especial. Sin falsa modestia, podemos decir que todo el Soligorsk Klondike fue construido con la ayuda de sus manos y una cabeza brillante. Tuve la oportunidad de encontrarme con esta persona por primera vez al pasar el mínimo candidato en química coloidal, después de lo cual comenzamos a comunicarnos de manera amistosa. Dado que los estudiantes de postgrado en nuestro instituto de investigación eran definitivamente "de ninguna manera", esto me impresionó ... y, tal vez, gracias a una reunión con este abuelo que pudo explicar brevemente la esencia del proceso más complicado y convencernos de que nuestra área común - la reina de la química, ahora estoy escribiendo un artículo químico sobre Habr, y no me estoy limpiando los pantalones para el desarrollo o las pruebas ... Entonces, con toda honestidad, todos los artículos de sujetos coloides deberían estar con un comentario "en memoria de F.F. Mozheiko ", porque era este hombre uno de mis Maestros. ¡Brillante recuerdo para ti, F.F.!
El pegamento ha sido usado por el hombre desde la antigüedad, se puede considerar que tan pronto como un hombre primitivo pegó la punta de silicona de su lanza al asta con betún o resina de pino, comenzó la cuenta regresiva de la práctica de encolado. En la antigüedad, todo lo que venía a mano se usaba como pegamento. Muy a menudo, se utilizaron productos de origen animal que poseían propiedades adhesivas inicialmente (escamas de pescado, venas de animales, etc. sustancias, después del tratamiento térmico). Vale la pena señalar que hay áreas en las que los adhesivos orgánicos todavía se usan activamente. Pegamento de unión, pegamento de caseína, pasta de papel tapiz. A pesar de la abundancia de adhesivos sintéticos (= adhesivos químicos), estas opciones aún están en orden y ocupan firmemente su nicho de adhesivos ecológicos y baratos. Por cierto, muchos adhesivos modernos se llaman resinas sintéticas solo en honor al hecho de que la resina (una sustancia adhesiva que se encuentra en los pinos y otras plantas) fue uno de los primeros adhesivos ampliamente utilizados.
Todo el concepto de unión se basa en dos fenómenos fundamentales de la química coloidal:
adhesión y cohesión (bueno, tres, tensión superficial inmóvil).
La adhesión (del latín adhaesio - adherencia) en física es la adhesión de superficies de sólidos y / o líquidos diferentes. La adhesión se debe a interacciones intermoleculares en la capa superficial y se caracteriza por el trabajo específico requerido para separar las superficies.
Relacionado tanto con el sonido como con el significado de la adhesión está el concepto de cohesión, que a veces a algunas personas les gusta confundir.
No confunda adhesión con cohesión... que es la razón de la existencia de cosas en el estado en que estamos acostumbrados a verlas (es decir, en forma de piezas, gotas, etc., y no dispersas por las moléculas). Este fenómeno se llama
cohesión :
Cohesión (ing. Cohesión del lat. Cohaesus - "conectado", "vinculado") - la conexión entre las mismas moléculas (átomos, iones) dentro del cuerpo dentro de la misma fase. La cohesión caracteriza la fuerza del cuerpo y su capacidad para resistir las influencias externas. La cohesión es una acción o propiedad de atracción mutua de moléculas idénticas. Esta es una propiedad interna de una sustancia debido a la forma o estructura de sus moléculas, causando un cambio en la distribución de los electrones de las moléculas a medida que se acercan entre sí, creando una atracción eléctrica que puede formar estructuras microscópicas.
La diferencia entre estos conceptos fundamentales de la química coloidal se muestra mejor con el ejemplo de las gotas de agua que se forman en el cristal de una ventana durante la lluvia.
La imagen muestra la confrontación de los "elementos", cada uno de los cuales se dedica a su propio negocio de formar nuestra imagen habitual del mundo. La forma de la gota le da
tensión a la
superficie . La fuerza de la gravedad (gravedad): tira de una gota hacia abajo, drena del vidrio. Esta fuerza inexorable es combatida por las fuerzas de adhesión y cohesión. La cohesión es la primera en manifestarse, ya que ocurre en la misma gota de agua. Las moléculas vecinas se unen y forman las mismas gotas, que luego se deslizan pintorescamente a lo largo del vidrio. La cohesión une moléculas individuales en conjuntos. Pero la adhesión une los conjuntos en forma de gotas al vidrio, los hace agarrar al vidrio, "tira" hacia arriba, obligándolos a resistir el movimiento bajo su propio peso. Además, la cohesión es más fuerte que la adhesión, de lo contrario no se podrían formar gotas, es decir el agua de lluvia simplemente se esparciría uniformemente sobre el vidrio, formando una especie de película de aceite en el agua. Por cierto, observando cuidadosamente el vidrio durante la lluvia, puede ver que las gotas caen por los "caminos de agua" ya existentes. Esto se debe al hecho de que las gotas de agua que caen debido a las fuerzas de cohesión intentan adherirse al agua que ya está allí, y no al vidrio. Las rutas mencionadas, por cierto, se forman debido al hecho de que cuando las gotas caen sobre la ventana, las moléculas de agua se desprenden de las gotas que pasan y son capturadas por el vidrio.
¿Qué tiene que ver todo esto con los adhesivos? Y lo más directo. La adhesión y la cohesión son los principales factores activos en adhesivos. Suponga que desea conectar dos piezas de madera, A y B, usando pegamento B. Aquí necesita tres fuerzas diferentes: fuerzas de adhesión que pueden contener A y B + fuerzas de adhesión que sostienen B y B + fuerzas de adhesión que sostienen el adhesivo B.
Si todo está claro con las dos primeras fuerzas, entonces daré una pequeña explicación sobre la última. El mejor ejemplo son dos trozos de pan pegados con mermelada o mermelada. La mermelada es un pegamento natural clásico (diré algunas palabras sobre ellas más adelante) hecho de azúcar y agua. Además, es bastante efectivo. Cuando se usa pan (o galletas saladas) bastante fuertes y la mermelada "madre" correcta, es bastante realista mantener dos piezas juntas, lubricando solo una esquina. Un buen atasco tiene fuerzas de cohesión internas bastante fuertes (por lo tanto, es difícil sacarlo de la lata, especialmente la pera), pero también la adhesión a otras superficies es excelente. Por lo tanto, es difícil romper un emparedado pegado sin destruir el pan (resulta más frecuente si mueve las capas hacia un lado y no aplica fuerza perpendicularmente). Pero si la mermelada "tiene un núcleo cohesivo interno débil", entonces no importa qué tan bien se adhiera a la barra. Dos mitades no podrán unirse y se desmoronarán bajo la influencia de la gravedad.
Otro ejemplo antagónico: agua y una pieza de hierro. Tanto ese como otro objeto, en condiciones normales, son muy poco adecuados para pegar, pero por varias razones. Agua: debido a que sus fuerzas de adhesión son altas y se adhiere bien a cualquier superficie, pero debido a las fuerzas cohesivas muy débiles, estas superficies no están bien unidas y son fáciles de separar. En una pieza de hierro, por el contrario, hay interacciones cohesivas increíblemente fuertes (responsables de la unión de los átomos), además, es tan "una cosa en sí misma" que es casi imposible lograr la adhesión a cualquier otro material externo. La prueba de las fuerzas cohesivas internas puede ser la posibilidad de dividir el material en pedazos. Se puede separar fácilmente una “pieza” de agua de la masa total con un dedo / cuchara, etc., y tratar de separar una pieza de hierro fundido con el dedo :).
De lo anterior, la conclusión es que, en la naturaleza del pegamento, la fuerza principal de cohesión es la principal, y en la naturaleza del encolado es la fuerza de la adhesión. Como los adhesivos, por regla general, son sustancias bastante específicas, cuya eficacia ha sido probada por la experiencia de muchas generaciones, me centraré en el fenómeno de la adhesión (el adhesivo, por cierto, también se puede llamar adhesivo). Hasta la fecha, se han desarrollado varias teorías competitivas / complementarias diferentes que intentan explicar la aparición del fenómeno de adhesión:
A pesar de la abundancia de equipos, todavía no hay una respuesta única a la pregunta "¿qué hace que se pegue el pegamento?" Pero esto no es tan sorprendente cuando considera cuántos tipos diferentes de pegamento existen y cuántas maneras diferentes de usarlos. Se cree que para cada pegamento individual y para cada superficie individual en la que se usa, hay una combinación individual de diferentes factores que mantienen unidos a estos objetos. El proceso de estudiar los procesos de pegado continúa hoy, porque incluso en el siglo XXI, cuando "las naves espaciales están surcando ...", todavía no entendemos completamente qué causa que las sustancias se adhieran entre sí. Por lo tanto, tenemos que operar con supuestos y generalizaciones. Teniendo en cuenta qué, resulta que hay cuatro posibles mecanismos de unión principales: a través de la adsorción, quimisorción, fijación mecánica y difusión.
La adsorción es el efecto de la adhesión de superficies entre sí debido a fuerzas de atracción ultra pequeñas (las llamadas fuerzas de Van der Waals (por cierto, el lector
cck7777 mencionó que sería más correcto decir "fan der" como en
de Nederlandse taal ), un nombre común para todos fuerzas intermoleculares). Estas fuerzas, además, se subdividen en
fuerzas de interacción electrostática (
fuerzas de Kizom que surgen entre dipolos moleculares constantes), fuerzas de polarización (
fuerzas de Debye intermoleculares entre dipolos constantes e inducidos) y
fuerzas de interacción de dispersión (
fuerzas de Londres entre dipolos inducidos instantáneamente). Dipolo = dos cargas, iguales en magnitud y opuestas en signo, ubicadas a una distancia entre sí, muy pequeñas en comparación con la distancia al punto de observación. Bueno, entonces "atraído opuesto, etc.". Sobre esto, toda la electrostática descansa (y con ella todos los adhesivos). Las fuerzas de la interacción intermolecular, por cierto, aparecen cuando los participantes (átomos y moléculas) están a una distancia muy cercana (menos de 1 nm).
Al aplicar el pegamento, la superficie de las partes a pegar se humedece y los objetos se pegan entre sí. Para que el adhesivo funcione, las superficies deben desengrasarse tanto como sea posible (para que el adhesivo se extienda sobre la superficie) y el adhesivo debe distribuirse uniformemente con una capa delgada. De hecho, este proceso recuerda la adherencia de millones de imanes microscópicos (que incluyen moléculas adhesivas y moléculas de materiales a unir).
Un pequeño comentario sobre superficies perfectamente lisasUn artefacto adhesivo interesante puede considerarse un
gecko . Este es un lagarto que puede moverse fácilmente en varias superficies verticales (en términos marvelianos "como un hombre araña"). Incluso Aristóteles se entregó a pensamientos ociosos sobre la causa de este fenómeno. Los científicos modernos han estado estudiando este tema durante mucho tiempo, descartando gradualmente la teoría del vacío (= se pega debido a la diferencia de presión), la teoría del pegamento biológico (= libera sustancia adhesiva), etc. Como resultado, nos decidimos por las interacciones electrostáticas (causadas por la electrificación de contacto), y no por las fuerzas capilares de van der Waals. La causa del fenómeno fueron las
cerdas , que cubrían millones de cada una de las patas. La longitud de cada cerda es de aproximadamente 0.1 mm (dos espesores de cabello humano). Por cada milímetro, las patas cuadradas representan hasta 14400 setae (~ 1.5 millones por cm
2 ). Cada extremo de la cerda diverge en 400-1000 ramas y cada rama termina en el extremo con una placa triangular de 0.2 micrómetros de ancho. Es decir Un pie de gecko con un área de aproximadamente un centímetro cuadrado está en contacto con una superficie de aproximadamente dos mil millones de terminaciones.
B. Fotografía de cerdas de geco. B. Foto de una cerda de geco. D. Fotografía de la rama al final de la cerda.
Estudios recientes muestran que es precisamente esta geometría del pie y las fuerzas electrostáticas asociadas (multiplicadas por miles de millones de terminaciones) las que se suman a un resultado que puede mantener el peso del gecko en el techo.
Lector Rikkitik :
Sobre el material que imita las patas de un gecko, aquí está el
artículo de 2016. En resumen, lo más curioso no era cómo pegarse, sino cómo arrancar sin perder funcionalidad, es decir, lograr la reutilización de la conexión.
Parece que se imponen requisitos mutuamente excluyentes a las vellosidades; los investigadores se encontraron con esto a principios del siglo XXI. Las vellosidades deben ser delgadas para penetrar los huecos y huecos más pequeños, y al mismo tiempo fuertes, para no salir de la suela en cada paso. Deben ser flexibles y relativamente fáciles de estirar para alcanzar las protuberancias de una superficie rugosa compleja y, al mismo tiempo, no demasiado fácil de separar de esta superficie, y no alcanzar detrás de la suela como goma de mascar.
Las estructuras artificiales de tales vellosidades deben ser lo más estables posible, no separarse del pie y soportar una gran cantidad (hasta un millón) de ciclos de desprendimiento. El espacio entre las vellosidades no debe estar demasiado contaminado con el polvo recogido de la superficie, y las vellosidades en sí mismas no deben adherirse, ya que ambas reducen drásticamente su capacidad de adaptarse a una superficie compleja.
Sería sorprendente si los militares no hubieran aprovechado todo esto. En mayo de 2014, DARPA mostró su desarrollo de
Geckskin (proyecto Z-Man), un dispositivo portátil que permite el movimiento en superficies verticales.
Es cierto que han pasado cinco años, pero por alguna razón no se sabe nada de Geckskin. Quizás porque está clasificado, y quizás porque no hay resultado.
Los geckos y Darpa están en algún lugar con ellos. Y aquí, una superficie perfectamente rectificada puede ser la mejor ilustración de las fuerzas de las interacciones intermoleculares. Cada operador de máquinas de torneado y fresado debe saber acerca de los azulejos de Johanson, o
medidas de longitud de extremos paralelos al plano . Estas baldosas se pulen y se muelen de tal manera que se pegan con bastante fuerza si se colocan con bordes lisos entre sí. En la imagen, treinta y seis fichas se mantienen unidas por la presión atmosférica
y las fuerzas de Van der Waals juntas:
Para aquellos que no creen que esto sea posible, les recomiendo ver una demostración visual (cliqueable):
La adsorción es seguida implacablemente por la quimisorción, pero a pesar de la similitud de los nombres, la esencia de los fenómenos es radicalmente diferente. Quimisorción: la adhesión se lleva a cabo debido a la formación de enlaces químicos entre el adhesivo y las sustancias pegadas. De hecho, la unión produce una nueva sustancia química. Durante la difusión, la unión se produce debido a la penetración mutua de las moléculas materiales entre sí. Las moléculas de pegamento se mezclan con moléculas de superficies pegadas y forman un enlace fuerte. Y finalmente, la adhesión mecánica ocurre cuando el pegamento penetra en las microgrietas y cavidades de los materiales y su posterior retención física. Con fines ilustrativos, en la imagen se muestran los valores numéricos de las energías para diversas fuerzas que ocurren durante la unión.
Obviamente, la mejor adhesión se forma en el caso de una interacción de quimisorción entre las sustancias pegadas, aunque esto no siempre es posible de lograr (pero es necesario esforzarse).
Variedades de adhesivos.
De todo lo anterior se deduce que cualquier pegamento explotará uno u otro principio descrito anteriormente. Además, en el caso de los adhesivos, como en el caso de los geckos, los investigadores tampoco suelen tener una opinión común. Pero esto, en principio, no es tan importante, porque se ha acumulado una experiencia práctica lo suficientemente seria que le permite seleccionar fácilmente los adhesivos y adhesivos óptimos para toda la variedad de materiales. Hay muchas divisiones de sustancias adhesivas, daré las más simples, en función de su naturaleza química:
Además, me gustaría señalar el hecho de que hasta el día de hoy estamos explotando activamente el desarrollo de hace casi cien años. Juzgue usted mismo por una breve cronología:
1920 - : , , , (),
1930 - : , , , ()
1940 - : , , ,
1950 - : , ,
1960 - : , ,
1970 - : , ,
1980 - : , , ,
1990 - : , ,
2000 - : , ,
, tutorial (
3D-. +
Devolvemos las aves de corral o RTFM por definición de plásticos en el hogar ), al menos para acostumbrarse a la terminología del "polímero" y ver información básica sobre los polímeros.Hoy en día, el desarrollo principal de las composiciones adhesivas "personalizadas" está en el camino de aumentar el respeto al medio ambiente (a menudo, en detrimento de la resistencia de la unión). Los compuestos estructurales e industriales no son particularmente susceptibles a esto, pero en general, las opciones tradicionales probadas con el tiempo todavía se usan allí. Por lo tanto, buscamos en la tabla a continuación nuestros materiales de unión y recordamos el tipo de pegamento que necesitamos.Bonificación: una revisión comparativa de las características de resistencia de varios tipos de adhesivos. A veces es útil :)Una clara comparación de las características de resistencia de los compuestos obtenidos utilizando diferentes tipos de adhesivos.
: CA-, MS- , PU- , - , -, -
En esto, la parte introductoria se completa, a continuación: procederemos a considerar tipos específicos de pegamento y condiciones / materiales óptimos para su uso. Haga en los comentarios las preguntas que le conciernen; luego, en la siguiente parte, la probabilidad de que aparezcan respuestas es alta.NB Continuación del tema:Opus sobre Su Majestad Clay. Segunda parte: ¡Viva, cianoacrilato! Viva, super pegamentoOpusa sobre Su Majestad Clay. Tercera parte - Poliuretano vs Space ColdOpusa sobre Su Majestad Clay. Cuarta parte - Siliconas¿El próximo artículo dependerá de la comunidad Habr, para
subj .
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