La adhesión dispersiva , también llamada adhesión por adsorción, es un mecanismo de adhesión que atribuye fuerzas de atracción entre dos materiales a interacciones intermoleculares entre moléculas de cada material. Este mecanismo es ampliamente visto como el más importante de los cinco mecanismos de adhesión debido a su presencia en todo tipo de sistema adhesivo y su resistencia relativa. [1]
Fuente de atracciones de adherencia dispersiva
La fuente de las fuerzas adhesivas, de acuerdo con el mecanismo de adhesión dispersiva, son las interacciones débiles que ocurren entre moléculas muy juntas. [2] Estas interacciones incluyen las fuerzas de dispersión de Londres , las fuerzas de Keesom , las fuerzas de Debye y los enlaces de hidrógeno . Individualmente, estas atracciones no son muy fuertes, pero cuando se suman sobre la mayor parte de un material, pueden volverse significativas.
Dispersión de Londres
Las fuerzas de dispersión de London surgen de dipolos instantáneos entre dos moléculas no polares juntas. La naturaleza aleatoria de la órbita de los electrones permite momentos en los que la distribución de carga en una molécula se distribuye de manera desigual, lo que permite una atracción electrostática hacia otra molécula con un dipolo temporal . Una molécula más grande permite un dipolo más grande y, por lo tanto, tendrá fuerzas de dispersión más fuertes.
Keesom
Las fuerzas de Keesom, también conocidas como interacciones dipolo-dipolo , son el resultado de dos moléculas que tienen dipolos permanentes debido a las diferencias de electronegatividad entre los átomos de la molécula. Este dipolo provoca una atracción culómbica entre las dos moléculas.
Debye
Las fuerzas de Debye, o interacciones dipolo inducidas por dipolo, también pueden desempeñar un papel en la adhesión dispersiva. Estos se producen cuando una molécula apolar se polariza temporalmente debido a la interacción con una molécula polar cercana. Este "dipolo inducido" en la molécula apolar luego es atraído por el dipolo permanente, produciendo una atracción de Debye.
Enlaces de hidrógeno
A veces agrupados en el mecanismo químico de adhesión, los enlaces de hidrógeno pueden aumentar la fuerza adhesiva por el mecanismo de dispersión. [3] El enlace de hidrógeno se produce entre moléculas con un átomo de hidrógeno unido a un pequeño átomo electronegativo como el flúor , el oxígeno o el nitrógeno . Este enlace es naturalmente polar, el átomo de hidrógeno gana una ligera carga positiva y el otro átomo se vuelve ligeramente negativo. Entonces , dos moléculas, o incluso dos grupos funcionales en una molécula grande, pueden ser atraídas entre sí a través de las fuerzas de Keesom.
Factores que afectan la fuerza de adhesión
La fuerza de adhesión por el mecanismo de dispersión depende de una variedad de factores, incluida la estructura química de las moléculas involucradas en el sistema adhesivo, el grado en que los recubrimientos se humedecen entre sí y la rugosidad de la superficie en la interfaz .
Composición química
La estructura química de los materiales involucrados en un sistema adhesivo dado juega un papel importante en la adhesión del sistema en su conjunto porque la estructura determina el tipo y la fuerza de las interacciones intermoleculares presentes. En igualdad de condiciones, las moléculas más grandes, que experimentan fuerzas de dispersión más altas, tendrán una fuerza adhesiva mayor que las moléculas más pequeñas de la misma huella química básica. De manera similar, las moléculas polares tendrán fuerzas de Keesom y Debye que no experimentan moléculas no polares de tamaño similar. Los compuestos que pueden unirse con hidrógeno a través de la interfaz adhesiva tendrán una fuerza adhesiva aún mayor.
Mojada
La humectación es una medida de la compatibilidad termodinámica de dos superficies. Si las superficies están bien emparejadas, las superficies "desearán" interactuar entre sí, minimizando la energía superficial de ambas fases, y las superficies entrarán en estrecho contacto. [4] Debido a que las atracciones intermoleculares se correlacionan fuertemente con la distancia, cuanto más cerca están las moléculas que interactúan, más fuerte es la atracción. Por lo tanto, dos materiales que se humedecen bien y tienen una gran cantidad de área superficial en contacto tendrán atracciones intermoleculares más fuertes y una fuerza adhesiva mayor debido al mecanismo de dispersión.
Aspereza
La rugosidad de la superficie también puede afectar la fuerza adhesiva. Las superficies con una rugosidad en la escala de 1 a 2 micrómetros pueden producir una mejor humectación porque tienen un área de superficie más grande. Por lo tanto, pueden surgir más interacciones intermoleculares a distancias más cercanas, produciendo atracciones más fuertes y mayor fuerza adhesiva. Una vez que la rugosidad se vuelve más grande, del orden de 10 micrómetros, el recubrimiento ya no se puede mojar de manera efectiva, lo que resulta en una menor área de contacto y una menor fuerza adhesiva. [5]
Forma macroscópica
La fuerza adhesiva depende también del tamaño y la forma macroscópica del contacto adhesivo. Cuando un punzón rígido [ jerga ] con una cara plana pero de forma extraña se saca con cuidado de su contraparte blanda, el desprendimiento no ocurre instantáneamente. En cambio, los frentes de desprendimiento comienzan en las esquinas puntiagudas y viajan hacia adentro hasta que se alcanza la configuración final. [6] El parámetro principal que determina la fuerza adhesiva de los contactos planos parece ser el tamaño lineal máximo del contacto. El proceso de desprendimiento puede observarse experimentalmente en la película. [ aclaración necesaria ] [7]
Sistemas dominados por la adherencia dispersiva
Todos los materiales, incluso los que normalmente no se clasifican como adhesivos, experimentan una atracción hacia otros materiales simplemente debido a las fuerzas de dispersión. En muchas situaciones, estas atracciones son triviales; sin embargo, la adhesión dispersiva juega un papel dominante en varios sistemas adhesivos, especialmente cuando están presentes múltiples formas de atracciones intermoleculares. Se ha demostrado mediante métodos experimentales que el mecanismo dispersivo de adhesión juega un papel importante en la adhesión general de los sistemas poliméricos en particular. [8] [9]
Ver también
- Adhesión
- Fuerza intermolecular
- las fuerzas de van der Waals
- Enlaces de hidrógeno
Referencias
- ^ Lee, LH; Adhesive Bonding, Plenum Press, Nueva York. 1991, 19.
- ^ Despierta, WC; Polímero. 1978, 19, 291-308.
- ^ Fowkes, FM; J. Adhes. Sci. y Tech. 1987, 1, 7-27.
- ^ Kammer, HW; Acta Polymerica. 1983, 34, 112-118.
- ^ Jennings, CW; J. Adhes. 1972, 4, 25-4.
- ↑ Popov, Valentin L .; Pohrt, Roman; Li, Qiang (1 de septiembre de 2017). "Resistencia de los contactos adhesivos: Influencia de la geometría de los contactos y los gradientes del material" . Fricción . 5 (3): 308–325. doi : 10.1007 / s40544-017-0177-3 .
- ^ Friction Physics (2017-12-06), Science friction: Adhesion of complex shapes , recuperado el 2018-01-03
- ^ Kinloch, AJ; J. Adhes. 1979, 10, 193-219.
- ^ Gledhill, RA, et al .; J. Adhes. 1980, 11, 3-15.
