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Adesivos: Cientistas explicam o fenômeno da adesão

Quimica e Derivados
4 de Maio de 2001
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    Professor da Unicamp e técnico da 3M do Brasil dissertam sobre os princípios físico-químicos da adesão, classificam as famílias dos adesivos e ainda apontam as tendências mundiais do setor

    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 [1]. 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 [2].

    1. Forças Atrativas Intermoleculares

    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 Eletrostáticas

    Química e Derivados: Adesivos: equacao01. 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 onde qi representa a carga dos átomos ou moléculas, e é a constante dielétrica do meio e r a distância que separa os átomos ou moléculas.

    1.2 Forças de van der Waals

    Química e Derivados: Adesivos: equacao02. Uma das primeiras tentativas de descrição de gases não-ideais foi dada pela equação de van der Waals, definida por 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

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

    Química e Derivados: Adesivos: equacao03.b) Interações Dipolo-Dipolo Induzido

    Química e Derivados: Adesivos: equacao04.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 onde a é a polarizabilidade molecular, e as demais variáveis são as mesmas das equações anteriores.

    c) Forças de Dispersão (ou de London)

    Química e Derivados: Adesivos: equacao05.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. É 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: e para átomos ou moléculas dissimilares: onde Ci são constantes moleculares que podem ser aproximadas por Ii, os potenciais de ionização dos átomos ou moléculas.

    Química e Derivados: Adesivos: equacao06.1.3 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 Å, ao passo que nas interações dipolo-dipolo normais esta distância gira em torno de 3,5 a 4,5 Å. 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 o C, N, 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.


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    1. Maria Emilia Peres

      Gostaria do nome do professor da Unicamp.
      Seria possível?



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