Gli adesivi
A tutti noi è capitato di giocare con la vinavil, togliendo la pellicina dalle dita, o di rimanere con le dita appiccicate, o ancora di imprecare contro gli adesivi utilizzati perché non si incollano come dovrebbero.
Un po’ di storia
Le colle sono state utilizzate fin dall’antichità. All’inizio, si trattava di composti vegetali o animali. Uno dei più antichi utilizzi di un adesivo di cui abbiamo testimonianza è stato da parte di Ötzi, la mummia trovata sulle montagne dell’Ötztal (altrimenti noto come “mummia del Similaun”), in Alto Adige. Infatti, per tenere insieme uno dei suoi attrezzi, usava una colla fatta di pece di betulla. Questo tipo di colla è prodotto attraverso la pirolisi (distruzione di legami chimici ad opera del fuoco) del legno di betulla. Nel mondo egizio, si è trovata prova dell’uso della caseina (con cui si produce il formaggio) come adesivo. I romani e i greci migliorarono l’uso delle colle animali e cominciarono a usare anche prodotti inorganici come collanti, quali la calce spenta. Il primo utilizzo di collanti “moderni” è stato negli anni 30 del XIX secolo, in cui si è cominciato a utilizzare il caucciù come adesivo.
Meccanismi fisici
Prima di tutto è bene ricordare che i principi fisici di funzionamento degli adesivi non sono perfettamente compresi dagli scienziati. Le principali ipotesi degli studiosi riguardano le teorie di adesione fisica, diffusione, elettronica, dell’adsorbimento e dell’appiccicosità. Sono tutte teorie accettabili, anche se, per ogni diverso tipo di adesivo, si applica una o più di queste teorie.
Adesione fisica
La teoria dell’adesione fisica è forse la più semplice, nella quale agiscono le irregolarità delle due superfici da incollare e l’adesivo. Attraverso la stretta connessione dell’adesivo con le irregolarità delle superfici, si verificherà dell’attrito che permetterà ai due elementi di essere solidali tra loro.
Teoria della diffusione
Questa teoria funziona soprattutto quando sia gli aderenti che l’adesivo sono polimeri. La ragione è la facilità di diffusione delle molecole tra loro, l’adesione si verifica per interdiffusione delle molecole: alcuni atomi delle lunghe catene di polimeri diffondono nei primi decimi di millimetro di aderente, rendendo il legame tra gli aderenti molto forti. Questo tipo di adesione avviene soprattutto nella saldatura dei polimeri per mezzo di solvente.
Teoria elettronica
Questo tipo di adesione viene spiegata con la cosiddetta “analogia elettronica”. Infatti, si modella il giunto come un condensatore. Il condensatore non è altro che un apparecchio utilizzato per immagazzinare carica elettrostatica ed è composto da due parti: due armature (solitamente piastre di materiale conduttivo) separate da un dielettrico (materiale isolante). La particolarità del condensatore è che esso risulta più o meno caricato a seconda che lo strato di dielettrico sia più o meno spesso; infatti, questa tecnologia veniva usata nelle vecchie tastiere dei computer, per verificare che si fosse premuto un tasto (maggiori informazioni al link). Allo stesso modo, si può considerare l’adesivo come il dielettrico tra i due aderenti e, attraverso lo scambio di elettroni per bilanciare i livelli di fermi, porta alla formazione di due strati di carica elettrica, proprio come un condensatore.
Teoria dell’adsorbimento
Questa teoria è la più applicata e si basa sulle forze intermolecolari. In questo caso, attraverso il contatto ravvicinato dell’adesivo con le superfici da incollare, si attivano i legami molecolari. Non si parla di legami primari, ma di legami secondari, come i legami di Van der waals. Anche se questi sono sempre considerati legami deboli, non sono mai da soli, dando una più che accettabile adesione.
Teoria dell’appiccicosità
Questa teoria è la più vecchia. Secondo questa teoria, se dopo aver messo un solido o liquido deformabile in un intercapedine si volessero separare i due elementi da cui la stessa è formata, si dovrebbe applicare energia. Questa sarebbe l’energia di adesione secondo questa teoria. Come si può subito notare, è una spiegazione fenomenologica più che di cosa effettivamente tenga insieme i due aderenti.
Diversi tipi di adesivi
Come chiunque può vedere semplicemente recandosi in un negozio di fai da te, esistono centinaia di diversi tipi di adesivi. Ovviamente, a ogni adesivo corrisponde un uso specifico (non ha senso attaccare con la colla vinilica due pezzi di carta, è come utilizzare un fucile per ammazzare una mosca). Gli adesivi possono essere naturali o sintetici, a seconda del procedimento da cui sono ricavati. Quelli naturali provengono da materie animali o vegetali, o da prodotti biologici, nella sua accezione di “viventi”. Infatti, tra le colle naturali si trova anche la colla di caseina, che è uno degli ingredienti utilizzati per fare il formaggio. I più famosi sono, però, la cera d’api, la colla animale (quale quella di pesce) e il caucciù.
Nel mondo moderno sono molto più utilizzate le colle sintetiche. La maggior parte sono a base di idrocarburi, quindi di catene polimeriche a base di carbonio, o composti del carbonio come molte plastiche. Infatti, molti dei polimeri che usiamo comunemente come “colla” sono anche gli stessi che usiamo come “plastiche”. Esempi di questo tipo sono le colle viniliche (a base di vinili), il neoprene, Etere Vinil Acetato (EVA), resina di Poliuretano e simili. Oltre a queste, una categoria molto importante, nonché tra le più potenti, è formata dalle resine Epossidiche. Queste vengono utilizzate anche per laminare i compositi in fibra di vetro e carbonio, in cui la resina funziona da collante per le fibre.
Fonti
A. Airoldi, P. Bettini, L. di Landro, G. Sala, Tecnologie e materiali aerospaziali, Politecnico di Milano, Milano, 2012
Sono studente di ingegneria aeronautica full time, e altrettanto full time posso perdermi a parlare di tutto lo scibile umano, con una predilezione per i mezzi veloci o che hanno un grosso motore, per arrivare fino a cose che non c’entrano granché, come la filosofia o la letteratura.
