La adhesión dispersiva , también llamada adhesión adsortiva, es un mecanismo de adhesión que atribuye fuerzas de atracción entre dos materiales a interacciones intermoleculares entre moléculas de cada material. Este mecanismo es considerado ampliamente como el más importante de los cinco mecanismos de adhesión debido a su presencia en cada tipo de sistema adhesivo y su fuerza relativa. [1]
La fuente de las fuerzas adhesivas, según el mecanismo de adhesión dispersiva, son las interacciones débiles que se producen entre moléculas cercanas entre sí. [2] Estas interacciones incluyen las fuerzas de dispersión de London , 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 masa de un material, pueden llegar a ser significativas.
Las fuerzas de dispersión de London surgen de dipolos instantáneos entre dos moléculas no polares cercanas entre sí. 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.
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 coulombiana entre las dos moléculas.
Las fuerzas de Debye, o interacciones dipolo-dipolo inducido, también pueden desempeñar un papel en la adhesión dispersiva. Estas se producen cuando una molécula no polar se polariza temporalmente debido a la interacción con una molécula polar cercana. Este "dipolo inducido" en la molécula no polar es atraído entonces por el dipolo permanente, lo que produce una atracción de Debye.
A veces agrupado dentro del mecanismo químico de adhesión, el enlace de hidrógeno puede aumentar la fuerza adhesiva mediante el mecanismo dispersivo. [3] El enlace de hidrógeno ocurre entre moléculas con un átomo de hidrógeno unido a un átomo pequeño y electronegativo como el flúor , el oxígeno o el nitrógeno . Este enlace es naturalmente polar, con el átomo de hidrógeno adquiriendo una ligera carga positiva y el otro átomo volviéndose ligeramente negativo. Dos moléculas, o incluso dos grupos funcionales en una molécula grande, pueden entonces ser atraídos entre sí a través de las fuerzas de Keesom.
La fuerza de adhesión por el mecanismo dispersivo 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 .
La estructura química de los materiales que intervienen en un sistema adhesivo determinado desempeña un papel importante en la adhesión del sistema en su conjunto, ya que la estructura determina el tipo y la fuerza de las interacciones intermoleculares presentes. En igualdad de condiciones, las moléculas de mayor tamaño, que experimentan fuerzas de dispersión más elevadas, tendrán una mayor fuerza adhesiva que las moléculas de menor tamaño con la misma huella química básica. De forma similar, las moléculas polares tendrán fuerzas de Keesom y Debye que no experimentan las moléculas no polares de tamaño similar. Los compuestos que pueden formar puentes de hidrógeno a través de la interfaz adhesiva tendrán una fuerza adhesiva aún mayor.
La humectación es una medida de la compatibilidad termodinámica de dos superficies. Si las superficies están bien emparejadas, "desearán" interactuar entre sí, minimizando la energía superficial de ambas fases, y las superficies entrarán en contacto cercano. [4] Debido a que las atracciones intermoleculares se correlacionan fuertemente con la distancia, cuanto más cerca estén las moléculas que interactúan, más fuerte será 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 mayor fuerza adhesiva debido al mecanismo dispersivo.
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 una mayor área superficial. Por lo tanto, pueden surgir más interacciones intermoleculares a distancias más cercanas, lo que produce atracciones más fuertes y una mayor fuerza adhesiva. Una vez que la rugosidad se hace mayor, del orden de 10 micrómetros, el recubrimiento ya no puede humedecerse de manera efectiva, lo que resulta en una menor área de contacto y una menor fuerza adhesiva. [5]
La fuerza adhesiva también depende del tamaño y la forma macroscópica del contacto adhesivo. Cuando un punzón rígido [ jerga ] con una cara plana pero de forma extraña se separa con cuidado de su contraparte blanda, el desprendimiento no se produce instantáneamente. En cambio, los frentes de desprendimiento comienzan en las esquinas puntiagudas y se desplazan 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]
Todos los materiales, incluso aquellos que no suelen clasificarse como adhesivos, experimentan una atracción hacia otros materiales simplemente debido a fuerzas de dispersión. En muchas situaciones, estas atracciones son triviales; sin embargo, la adhesión dispersiva desempeña 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 desempeña un papel importante en la adhesión general de los sistemas poliméricos en particular. [8] [9]