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INTRODUÇÃO
Adesivos e colas são materiais de grande importância no setor industrial, tendo em vista sua ampla gama de aplicações. A utilização desses produtos pode passar por indústrias do setor calçadista, moveleiro, setor de embalagens, gráfico, de colchões e muitos outros mais.
Graças a sua eficácia e à facilidade de aplicação também ganham uso no que diz respeito à montagem de componentes mecânicos, elétricos e eletromecânicos, empregados na produção de diversos produtos.
A fim de se firmar essa idéia, bem como fornecer conhecimentos mais específicos sobre este tema, foram realizadas pesquisas que estarão dispostas e discutidas neste trabalho.
ADESIVOS E COLAS
1 – Conceitos básicos
Adesivos ou colas são polímeros formulados à base de resina epóxi, endurecedores e vários outros compostos que após misturados transformam-se num produto único de características irreversíveis. São materiais capazes de unir duas superfícies através da força de adesão e coesão interna, sem modificar significativamente as estruturas destes corpos. Podem ser descritos segundo os seguintes parâmetros:
- forma física: adesivo líquido, adesivo de fita;
- tipo químico: adesivo de silicato, adesivo de resina;
- finalidades: adesivo para papel, adesivo para metais, adesivos para plásticos e adesivos para borracha.
Para um melhor avanço nos estudos referentes a esses materiais é necessário apresentar alguns conceitos importantes:
1.1 - Substrato
Tecnicamente, são as superfícies a serem unidas por um adesivo.
1.2 - Adesão
É a capacidade de umectação e afinidade de um adesivo a um ou mais substratos. A força de adesão está baseada nas forças de atração entre as moléculas do adesivo e das superfícies a serem coladas. Esta força é caracterizada por atuar entre o adesivo e o substrato.
1.3 - Coesão
É a própria resistência interna oferecida a esforços do adesivo. Quanto mais forte forem as forças intermoleculares do adesivo, maior a coesão e conseqüentemente a resistência ao descolamento. É caracterizada por atuar entre dois filmes de adesivos.
Figura 1: Fenômeno da adesão e da coesão, em nível estrutural
OBSERVAÇÃO: Os conceitos de adesão e coesão têm grande importância na detecção de problemas no processo produtivo. Tomemos como exemplo a produção de calçados: o emprego desses dois conceitos facilita e agiliza a detecção de falhas na colagem, como mostram as figuras abaixo.
Figura 2: Problema de adesão no solado Figura 3: Problema de adesão no cabedal
É o tempo máximo que um adesivo pode ser estocado dentro de sua embalagem original, preservando todas as suas propriedades.
1.13 – Reticulante
Reticulantes são moléculas de peso molecular muito menor que o peso molecular da cadeia principal entre duas ligações cruzadas consecutivas e normalmente apresentam, no mínimo, dois grupos funcionais reativos que permitam a formação de ponte entre cadeias poliméricas. Adicionados ao adesivo, funcionam como catalisadores na etapa de cura, diminuindo o tempo de cura.
2 - Classificação
2.1 – Quanto à composição
Os adesivos podem ser classificados de acordo com o tipo de material empregado em sua fabricação, como:
2.1.1 – Termorrígidos ou termofixos Após a cura, não podem ser aquecidos e moldados repetitivamente. Formam ligações cruzadas durante o processo de cura, que conferem estrutura rígida e de alta coesão. São também conhecidos como adesivos estruturais. O calor e resistência química são usualmente bons.
Podem conter ou não solventes, e ser mono ou bicomponentes. Como exemplos de termorrígidos temos: epóxi, poliuretanos, metacrilatos e silicones.
a) Cola epóxi
São compostas por duas soluções – a resina e o endurecedor. Essas duas partes devem ser bem misturadas, imediatamente antes do uso. Por isso, depois de preparada a cola epóxi deve ser usada completamente, inviabilizando a reutilização da quantidade preparada.
São muito fortes, duráveis e resistentes à água. A secagem dura cerca de 12 horas, mas o tempo de cura total é de 24 horas. Recomenda-se o uso em metais, cerâmicas, alguns plásticos e borracha, mas não no caso de materiais flexíveis.
b) Super colas ou Colas instantâneas
Nome vulgarmente dado às colas de cianocrilato. Tem como principal vantagem a secagem rápida.
Formam uma liga muito forte, por isso devem ser aplicadas com moderação. Algumas marcas dão o tempo de secagem de 3 minutos, mas a cura total é de 24 horas.
Têm uso indicado em: metal, cerâmica, vidro, alguns plásticos e borracha. Também não são recomendadas para aplicações em superfícies flexíveis.
c) Colas de poliuretano
É uma pasta âmbar, vendida em tubos, de liga forte, bastante semelhante a do epóxi.
São recomendadas para uso em madeira, metal, cerâmica, vidro, plásticos e fibra de vidro.
Após a secagem apresentam certa flexibilidade, por isso também podem ser usadas em couro, tecidos, borracha e vinil.
O tempo de cura é de aproximadamente 24 horas. Sua vida útil é curta, e possui um custo relativamente alto.
d) Adesivos estruturais
São colas geralmente à base de metacrilato, indicadas para uso em metais, plásticos e vidros. Apresenta uma excelente resistência, substituindo assim, em muitos casos, soldas.
Sua secagem prévia é rápida, e a cura total é de 24 horas.
2.1.2 - Termostáveis elásticos
Têm como características fortes a resistência à água, ao sol e às vibrações, durante longos períodos. Em muitas vezes são empregados como selantes, colando o material de modo que seja excluída a ação do tempo ou de gases, sem que a resistência da junta tenha grande importância. Para sua produção são usados silicones, uretanas, borrachas e polissulfetos.
a) (^) Colas de silicone
São vendidas em tubos e com aparência semelhante ao silicone para calafetar. Também formam ligas muito fortes e resistentes à altas e baizas temperaturas.
Recomenda-se o uso em calhas e materiais de construção, mas também podem ser usadas em tecidos, alguns plásticos e cerâmicas, por ficarem flexíveis após a secagem.
Em menos de uma hora a cola forma uma película, mas o tempo total de cura é de 24 horas.
Podemos citar neste grupo os vidros e a cerâmica, para uso em altas temperaturas; e o silicato de sódio, em caixas onduladas.
2.1.6 - Adesivos de origem animal
O adesivo mais antigo conhecido é o de origem animal, com existência datada há mais de 3.300 anos. Em 1808, nos Estados Unidos, teve sua fabricação iniciada, tendo bastante destaque comercial por cerca de 150 anos. Os adesivos de caseína e amido começaram a ter importância comercial há menos de uma geração, os de proteína de soja há cerca de 30 anos. Os adesivos de resina sintética começaram a ser formulados depois de 1940.
a) (^) Colas animais
O processo de fabricação se dá com a moagem dos ossos, o recorte dos couros e retalhos em peças pequenas, o desengraxamento do material, a encalagem e o remolho, a lavagem, diversas extrações por água quente, filtração de licores, a evaporação, o arrefecimento e a secagem dos bastões de geléia em um túnel. Depois de secos, de acordo com a finalidade, os bastões de cola podem ser reduzidos a escamas ou pó, misturados, classificados, embarrilhados ou ensacados.
Esse processo pode sofrer algumas modificações a fim de se economizar em mão de obra.
Figura 7: Fluxograma de fabricação da cola
b) Adesivos protéicos
Outro tipo de cola (colas de peixe) é obtido de restos de tratamento de bacalhau, de arenque, de brósmio, de badejo e de pescada. Elas são empregadas nas mesmas aplicações que as demais colas animais.
Os adesivos de caseína (proteína derivada do leite) podem ser feitos na forma resistente à água ou não. São empregados na indústria da mercenária, fabricação de copos de papel, canudinhos de bebida e casca de sorvete.
Adesivos de proteína de soja são mais barato, e apesar da semelhança com os de caseína, não são tão bons. Por isso estes dois tipos podem ser usados em combinação, reduzindo custos, particularmente no setor de compensados.
Os adesivos de albumina, ovos e sangue são especialmente indicados para resistir à água, quando a resistência da película não tem importância, como nos casos de colagem de cortiça nas tapas de garrafas.
Ainda podemos citar os adesivos a base de zeína (proteína do milho); e os de proteína do amendoim, que constituem o mais moderno grupo de adesivos de base protéica, usados na fabricação de fitas gomadas e colas flexíveis para caixas e livros.
c) (^) Adesivos de amido
Voltando aos adesivos de amido, também conhecidos como grude, tiveram grande uso datado em 1910. Atualmente, o mercado oferece versões à base de maisena, tapioca, farinha de trigo e fécula de batata. Podem ser aplicadas à frio e não possuem cheiro desagradável, presente em outras colas animais. Tem custo menor que os adesivos sintéticos. Na sua forma natural o amido é empregado em compensados, aglomerados, chapas corrugadas e laminadas; associada à resinas, como uréia-formaldeído, pode ser usado em caixas em que a resistência à água é importante. Amidos modificados, com dextrina e gomas vegetais, são usados em envelopes, papel gomado, etiquetas para vidro, metal, madeira, caixas, compensados e estofamentos.
A goma vegetal é preparada a partir do aquecimento do amido com pequenas quantidades de catalisadores. Já a dextrina é obtida mediante hidrólise parcial do amido, por aquecimento do mesmo com ácido diluído. Os adesivos de amido são fabricados não somente com as gomas, dextrinas e amidos. Geralmente são adicionadas diversas substâncias, como bórax, para aumentar a viscosidade, a gomasidade, a taxa de pega e a velocidade de produção. A adição de hidróxido de sódio acentua a ação do bórax e melhora a penetração de materiais resinosos. A uréia tem função contrária à do bórax. Ainda são empregados plastificantes, agentes espumantes, preservativos, agentes fluidificantes, corantes, agentes sápidos e agentes emulsificantes.
- – Quanto às propriedades de cura
Além da classificação citada acima, os adesivos podem se enquadrar em grupos de acordo com suas propriedades de cura. Esses grupos são:
2.1.. - Adesivos anaeróbicos São materiais monocomponentes que se solidificam à temperatura ambiente quando privados do contato com o oxigênio. No líquido, o componente de cura é inativo, enquanto estiver em contato com o oxigênio do ar.
Se o adesivo for privado do oxigênio atmosférico na união das peças, a cura ocorrerá rapidamente, principalmente no caso de peças metálicas (aço, cobre, latão, bronze e ferro).
Apresentam as seguintes características:
- oferecem alta resistência ao cisalhamento;
- podem operar dentro da seguinte faixa de temperaturas : -55°C a 230°C;
- capacidade de unir quase todos os materiais;
- facilidade de aplicação;
- economia em termos de consumo.
4.. - Adesivos curados com sistemas ativadores
Curam à temperatura ambiente quando utilizados com ativadores. A aplicação dessas duas substâncias na superfície de adesão (substrato) deve ser feita separadamente.
Propriedades:
- resistência ao cisalhamento e as tensões muito altas;
- boa resistência ao impacto;
- larga faixa de temperatura de trabalho: -55°C a 120°C;
- boa resistência ao meio ambiente;
- capacidade de unir quase todos os materiais.
5.. - Adesivos curados por meio da umidade ambiente
A polimerização desses adesivos de dá por uma reação de condensação que implica numa reação com a umidade do ambiente. Tem como principais representantes o silicone e os uretanos.
No primeiro grupo o endurecimento se dá pela reação com a umidade do ambiente. O silicone de borracha sólida, por exemplo, apresenta excelente resistência térmica; baixo módulo de elasticidade; alto alongamento e é um ótimo vedante para uma grande variedade de fluidos.
Já os poliuretanos, que pertencem à família dos uretanos, são formados a partir de uma reação da água com aditivos contendo grupos de isocianetos. Apresentam excelente resistência e flexibilidade, além de serem muito bons para preencher folgas de até 5 mm.
3 – Pré-tratamento das superfícies a serem aderidas
Para que se tenha uma grande eficácia no processo de adesão é necessário que as superfícies (substratos) a serem aderidas passem por um pré-tratamento, envolvendo as seguintes operações: desengraxe, abrasão mecânica, ionização das superfícies e aplicação de primers.
É a remoção completa do óleo, graxa, poeira e outros resíduos da superfície do substrato. Geralmente usa-se solventes que evaporam sem resíduos. Para superfícies de ferro fundido de cor acinzentada e ferro fundido nodular, indica-se uma limpeza mecânica adicional para remoção do grafite da superfície.
3.2 - Abrasão mecânica
As superfícies metálicas manchadas são freqüentemente cobertas de óxido que não pode ser removido pelo desengraxe. Nesses casos o pré- tratamento das superfícies pode ser efetuado por meio de jateamento, lixamento ou com uma escova provida de cerdas metálicas.
Para outros materiais também se indica o uso de lixas e escovas de cerdas metálicas, como no caso de alguns couros, a fim de se facilitar a entrada do adesivo numa camada mais profunda, facilitando-se a adesão.
O jateamento é recomendado para a limpeza de grandes superfícies, e a rugosidade alcançada por esse método proporciona resultados de adesão muito bons, desde que o jateamento seja aplicado corretamente.
Peças muito sujas devem ser desengraxadas antes do tratamento mecânico para garantir que os abrasivos utilizados no jateamento ou na lixa não venham a agravar as superfícies contaminadas.
3.3 - Ionização as superfícies
Tem como finalidade mudar a polaridade da superfície e sua energia. O tipo de ionização vai depender do material, da geometria da peça, da seqüência e do número da produção.
- alta resistência a solventes;
- alta resistência a variações térmicas;
- alta resistência a vibrações;
- desmontagem com ferramentas convencionais;
- produtos não-inflamáveis e isentos de solventes;
- não sofrem contrações.
5.1 – Travamento anaeróbico
É indicado para travar parafusos, brocas e prisioneiros. Os adesivos anaeróbicos estão entre os meios mais eficazes para a realização desses travamentos.
Existem produtos disponíveis no mercado para aplicações que necessitem de baixo, médio ou alto torque de desmontagem, substituindo, com vantagem, o uso de arruelas comuns, arruelas especiais,porcas autotravantes, cupilhas, insertos plásticos, parafusos trilobulares, grampos etc.
Figura 10: Aplicação de resina no travamento anaeróbico
5.2 - Adesão estrutural anaeróbica
Os adesivos estruturais tem uso em situações de altas temperaturas, múltiplos esforços, peeling (descamação), umidade e impactos.
Esse grupo de adesivos atende desde aplicações de chips e agulhas descartáveis até alto falantes e chapas metálicas.
Figura 11: Aplicação de adesivo estrutural na produção de auto falantes
5.3 - Vedação anaeróbica
Para o uso em líquidos e gases os vedantes anaeróbicos são os mais indicados, evitando seus vazamentos, a partir da formação de barreiras impermeáveis. Têm por característica não reduzirem seu volume após a cura, nem dilatar ou ressecar antes ou durante a montagem.
São aplicados em elementos roscados, flanges e microporosidades.
Figura 12: Aplicação de vedantes anaeróbicos em diversas peças
5.4 - Fixação anaeróbica
É usada em peças cilíndricas para montagens de engrenagens, rolamentos e buchas em eixos e sedes. Entre as peças, o fixador anaeróbico preenche todos os microespaços existentes, com um contato entre peça – polímero de 100%.
Sua aplicação evita ovalização, folgas e corrosão das peças, mantendo assim sua integridade. Essa fixação também aumenta a resistência ao cisalhamento em até duas vezes em comparação à obtida por interferência mecânica.
Figura 13: Aplicação de fixadores anaeróbicos em diversas peças
6 - Áreas de atuação dos adesivos
Esses produtos podem ser encontrados em praticamente todas as áreas de atuação industrial, sendo as mais importantes:
- indústria automobilística, aeronáutica, de transportes em geral;
- construção civil;
- indústria calçadista;
- fabricação de móveis e indústria madeireira em geral;
- fabricação, montagem e fechamento de embalagens;
- Promover a imagem da indústria de colas, adesivos e selantes.
CONCLUSÃO
A partir das pesquisas realizadas neste trabalho pôde-se conhecer mais detalhadamente os diversos tipos de adesivos e colas disponíveis no mercado, bem como suas características de produção, de aplicação e outras mais particularidades.
Foi possível concluir ainda que o emprego adequado destes Adesivos e Colas nas indústrias, seja no produto final ou em máquinas e equipamentos empregados durante a produção, acarreta no barateamento nos custos produtivos, já que constituem-se, geralmente, em sistemas adesivos mais baratos que os sistemas mecânicos quando empregados em produtos; e no caso dos equipamentos, num componente de grande importância para a manutenção e aumento da vida útil dos mesmos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Livros
Shreve, Randolph Norris e Jr, Joseph A. Brink. Indústrias de processos químicos. 4. Ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogam, 2008.
Apostila Telecurso 2000 – FIESP, CIESP, SENAI. Processos de fabricação. Volume 4. Brasil: Editora Globo, 2000.
Material da internet
, acessado em 13 de abril de 2010.
, acessado em 16 de abril de 2010.
