V-aţi întrebat cum funcţionează adezivii? De ce sunt atât de bune "lipiciuri" ca Picătura ori Super-glue? Cum fac aceste substanţe de reuşesc să lipească materiale atât de diverse sub aspectul compoziţiei? De ce, de pildă, nu se lipesc aceşti adezivi de pereţii propriului recipient? Ştiaţi că o şopârlă, gecko, poate urca pe geam?
CUPRINS
Preliminarii
Cum funcţionează adezivul Super-glue?
Cum dezlipim Super-glue-ul de pe degete?
Calităţile unui adeziv: aderenţa şi coeziunea
Mecanismul lipirii
Ce sunt forţele van der Waals?
Şopârla gecko
Aplicarea "stilului gecko" în armată
Chemosorbţia
Substanţele adezive sunt folosite dintotdeauna de om. Desigur, pentru cea mai mare parte a istoriei, adezivii au fost produşi naturali, ca răşina copacilor, fiertura pieilor ori oaselor de animale, zahărul etc. Astăzi substanţe cu nume de nereţinut, ca acetat de polivinil, formaldehidă fenolică, acetat de vinil etilenic ori cianoacrilat sunt folosite pentru a crea super-adezivi, cum sunt binecunoscutele Super-glue ori Picătura.
CUM FUNCŢIONEAZĂ ADEZIVUL SUPER-GLUE?
Adezivul Super-glue se bazează pe o răşină numită cianoacrilat. Această substanţă foloseşte apa şi aerul pentru a-şi îndeplini misiunea de a lipi lucrurile. În afara umezelii, adezivul Super-glue va avea rezultate proaste... Dacă vă gândiţi că aţi lipit obiecte care nu erau umede, atunci trebuie să ştiţi că molecule de apă sunt pretutindeni, chiar şi pe coada unei căni bine şterse de dumneavoastră înainte de a o lipi. Prezenţa apei duce la întărirea legăturilor dintre moleculele cianoacrilatului, care se transformă în scurt timp într-un fel de plastic dur.
Faptul că adezivul are nevoie de aer pentru a funcţiona, explică de ce acesta nu se întăreşte în propriul tub. Pe de altă parte, acest lucru este explicaţie şi pentru ce s-a întâmplat atunci când găsiţi tubul de Super-glue cu adezivul întărit în interior: acesta a intrat cumva în contact cu aerul. Aşadar, după ce aţi folosit o dată tubul de Super-glue, asiguraţi-vă că l-aţi închis foarte bine; altfel nu va mai fi utilizabil atunci când o să aveţi nevoie de el.
Ţinând cont de faptul că adezivul Super-glue are nevoie de apă pentru a se întări, e de reţinut nu numai că nu este interzisă umezirea uşoară a suprafeţelor pe care urmează să le lipiţi, ci este chiar recomandată.
Cum ne dezlipim Super-glue-ul de pe degete?
- întâi de toate, nu forţaţi desprinderea; în felul acesta vă puteţi răni, rupând bucăţi de epidermă;
- înlăturaţi excesul de adeziv pentru a elimina riscul măririi zonei lipite;
- folosiţi apă călduţă pentru a slăbi coeziunea adezivului;
- încercaţi depărtarea puţin câte puţin a părţilor lipite; dacă nu merge, folosiţi o lingură (nu un cuţit!) pentru a separa părţile lipite;
- dacă nu aveţi succes în felul descris mai sus, puteţi folosi acetonă pentru a dizolva adezivul; atenţie!, nu folosiţi acetonă dacă v-aţi lipit buzele, în încercarea de a deschide tubul cu Super-glue cu dinţii.
CALITĂŢILE UNUI ADEZIV: ADERENŢA ŞI COEZIUNEA
Un bun adeziv trebuie să aibă două calităţi esenţiale: aderenţă şi coeziune. Aderenţă, adică să se lipească bine de suprafaţa pe care este aplicat. Coeziune, adică să se ţină unit, să existe strânse legături interne între moleculele din care este constituit. Smoala este un bun exemplu de material care are o aderenţă foarte bună, dar o proastă coeziune.
Apa are o bună aderenţă, dar o coeziune slabă. De aceea o hârtie se va lipi uşor de mobilă, dar va şi putea fi dezlipită la fel de uşor. Fierul, dimpotrivă, are o foarte bună coeziune, este foarte dificil să-l "desfaceţi", dar nu este "interesat" de aderenţă, nu se lipeşte de materiale.
MECANISMUL LIPIRII. CE SE ÎNTÂMPLĂ LA NIVELUL SUPRAFEŢELOR LIPITE?
Deşi cercetătorii pot produce adezivi din ce în ce mai diverşi şi mai performanţi, nu există o teorie general acceptată asupra modului în care funcţionează adezivii. Ceea ce este acceptat este faptul că alipirea suprafeţelor are loc la nivel molecular, procesele implicate fiind explicate de forţele van der Waals, legăturile ionice, legăturile covalente şi legăturile metalice. Pentru că ultimele trei nu au prea mult de a face cu "lipirea", vom detalia în continuare doar forţele van der Waals.
Ce sunt forţele Van der Waals?
Forţa van der Waals, denumită astfel după cercetătorul olandez Johannes Diderik van der Waals, reprezintă forţa de atracţie ori de repulsie dintre molecule (ori părţi ale aceleiaşi molecule), alta decât forţele determinate de legăturile covalente ori de interacţiune electrostatică a ionilor (Wikipedia).
Forţele Van der Walls, în cazul adezivilor, intră în acţiune atunci când moleculele de apă sunt polarizate, adică au terminaţii cu sarcini electrice pozitive şi negative. Pentru că sarcinile de semne opuse se atrag, terminaţia cu sarcină pozitivă a unei molecule va fi atrasă de către cea negativă a altei molecule, stabilindu-se în felul acesta o conexiune (cuplare) la nivel molecular.
Cum vă puteţi imagina, pentru ca forţele van der Waals să se manifeste, distanţele dintre suprafeţele ce se lipesc trebuie să fie foarte mici, de ordinul angstromilor. Pe de altă parte, pentru a asigura un contact cât mai bun între lucruri, adezivul trebuie să aibă capacitatea de a se întinde foarte bine pe suprafeţe ce vor fi lipite.
Unii cercetători nu sunt de acord că forţele van der Waals sunt suficiente pentru o teorie completă a capacităţii adezivilor de a lipi obiecte. Trebuie, spun aceştia, să aibă loc şi o cuplare mecanică a suprafeţelor. Ce înseamnă acest lucru? Orice suprafaţă, oricât de plată şi lucioasă, la scară foarte mică va avea pori care permit adezivului să se strecoare şi să se întărească, creând astfel o legătură fizică, mecanică, între suprafeţe, care nu ţine nici de legături chimice, nici de forţele van der Waals.
INSPIRAŢIA NATURII: ŞOPÂRLA GECKO
Şopârlele gecko i-au pus pe oamenii de ştiinţă în dificultate cu capacitatea lor nemaipomenită de a sfida gravitaţia şi de a putea merge pe aproape orice suprafaţă fără probleme, indiferent de unghiul de înclinare al suprafeţei. Trebuie spus că deşi s-au realizat mai multe studii privind modul în care gecko se "lipesc" de suprafeţele pe care merg, nu sunt lămurite încă toate aspectele performanţei acestei specii de şopârle.
Şopârla gecko
credit: wikipedia.org
Se consideră că forţele van der Waals sunt responsabile pentru modul în care gecko se poate lipi de diverse suprafeţe. Această şopârlă are pe picioarele sale fire de păr care sunt ramificate în mii de terminaţii minuscule. Atunci când gecko se deplasează, odată cu mişcarea picioarelor, aceste terminaţii sunt în contact cu suprafaţa pe care are loc mişcarea. Între moleculele suprafeţei şi moleculele din care sunt alcătuite firele de păr se manifestă forţele de atracţie van der Waals, permiţând animalului să meargă fără riscul de a cădea. Deşi forţa van der Waals pentru fiecare terminaţie este minusculă, suma acestor forţe manifestate la nivelul a miliarde de terminaţii devine suficient de mare pentru a face posibilă aderenţa picioarelor la suprafaţă. Un studiu recent (disponibil aici, eng.) arată că nu doar forţele van der Waals sunt răspunzătoare pentru performanţele gecko, ci şi fenomenul atracţiei capilare.
Aplicarea "stilului gecko" în armată
Cercetătorii speră să înveţe să folosească modul în care gecko se "lipeşte" de lucruri pentru a putea folosi cunoştinţele în diverse aplicaţii. Astfel, DARPA - Agenţia pentru Proiecte Avansate de Cercetare a Apărării a SUA - are în derulare un program numit Z-MAN care urmăreşte să permită soldaţilor să urce pe pereţi cu o viteză de 0,5 metri/secundă, folosind nano-adezivi şi efectul van der Waals.
CHEMOSORBŢIA - UN ALT MOD DE A REALIZA ADEZIUNEA
În cazul forţelor van der Waals nu vorbim de legături chimice, ci de forţe de atracţie magnetice; moleculele de adeziv se cuplează la moleculele suprafeţei ca nişte magneţi minusculi. Sunt însă şi adezivi care pot produce puternice legături chimice între materialele pe care le lipesc. De exemplu, anumiţi adezivi pentru plastic pur şi simplu topesc o parte din material pentru a stabili legături chimice puternice între suprafeţe. Acest proces de topire şi lipire se numeşte chemosorbţie.
BIBLIOGRAFIE:
straightdope.com/columns/read/2257/how-does-glue-work
explainthatstuff.com/adhesives.html
pnas.org/content/99/19/12252.full.pdf
britannica.com/EBchecked/topic/622645/van-der-Waals-forces
sciencentral.com/articles/view.php3?article_id=218391801
