Historia de los adhesivos, selladores y pegamentos

Introducción

Durante mucho tiempo, la gente era capaz de unir o pegar materiales juntos en varios objetivos: la construcción de casas, herramientas, armas o máquinas (probablemente muybásicos) y la decoración.
En consecuencia, se han desarrollado varias técnicas para la conexión permanente de múltiples sustratos o componentes. Adhesivos (o collas o pegamentos) y los selladores son parte de estas técnicas. La unión soldada es un ejemplo y tanbièn remachado, unión por espiga y mortaja, la ligadura, la utilización de frenos y contrapesos, etc.
Enlace tecnología desarrollada originalmente por los seres humanos probablemente se inspira en la naturaleza. Por ejemplo, algunos insectos, arañas y aves son capaces de formar los compuestos de fibra naturales con sus propias secreciones y varios moluscos se sujetan firmemente a las rocas. Se puede afirmar razonablemente que las propiedades adhesivas de alquitrán de abedul, goma de látex, albúmina de huevo o pasta de almidón se utilizó desde el principio por los primeros humanos. También es probable que las propiedades adhesivas de la sangre humana fueron descubiertos hace mucho tiempo. De acuerdo con la investigación arqueológica, es probable que los primeros intentos de unión de los seres humanos estan anteriores al Neolítico (8000 aC), en la que se observó la primera evidencia directa de la utilización de adhesivos.
En general se acepta que la evolución cronológica de la adquisición de conocimientos es el siguiente:

Resumen cronológico de los tipos de adhesivos y su evolución:

• 3 000 000 a.C. : unión célula-célula, mejillones, arañas, abejas y avispas, caracoles ...
• 2 800 000 a.C. (Paleolítico): alquitrán de abedul (primeras huellas de uso)
• 8 000 a.C. : (Neolítico): Alquitrán de abedul
• 5000 a.C. : Mesopotamia (Babilonia): proteínas de la sangre animal, resinas de las plantas (colofonia) y asfalto
• 3500 a.C. : Egipto : colas cocidas (pieles de animales, etc.)
• 1500 a.C. : Aztecas: La sangre animal y cemento natural de caucho (goma látex)
• 1841: Método de vulcanización >>> primero adhesivo sintético
• 1902: Baquelita
• 1921: Principios de química macromolecular Max Staudinger
• 1902-1940: Caucho sintético (polibutadieno); siliconas; epoxi; Poliuretano ...
• 1952:Cianoacrilato ( super glue, super pegamento o Spergle ™)

Un arte antiguo

1. Alquitrán de abedul

Durante el período neolítico, es decir, alrededor de 8000 aC, la gente utiliza una resina de abedul para asegurar las puntas de las lanzas y hachas cuchillas.

La producción y el uso más antiguos de alquitrán de abedul se han identificado en Italia en el sitio de Acheulean (Paleolítico inferior) de Campitello. Este adhesivo también se ha utilizado en el Paleolítico Medio, en el Mesolítico y más frecuentemente en el Neolítico.

Cuando el hombre glaciares "Ötzi" fue descubierto, se encontraron herramientas y piezas de tela, entre ellos un hacha hecha de madera de tejo cuya hoja se haya ajustado con correas de cuero y alquitrán de abedul.
La savia de abedul es un líquido comestible que se recoge de árboles al final del invierno. El alquitrán de abedul no está hecho de savia, sino de la corteza calentada en ausencia de aire, como el carbón. Un aceite negro se recoge en la parte inferior del horno y se enfrió en agua. Recetas detalladas que explican cómo hacerlo son fáciles de encontrar y el equipo necesario está disponible a través de internet. El aceite se reduce entonces al hervir destapado lentamente (debido al humo) hasta que espese, pero antes de que se chamusca. Después de la solidificación, el alquitrán se puede conservar indefinidamente y fundido antes de su uso al igual de los pegamentos termoplásticos utilizados en la actualidad para los adhesivos de fusión en caliente.
El alquitrán de corteza de abedul es un adhesivo muy eficaz con excelente resistencia a la humedad: se utiliza para sellar costuras mocasines de cuero y botas. También se utiliza comúnmente para reparar la cerámica y para fijar las puntas de flecha. Como no es frágil, puede ser utilizado para llenar los espacios como un sellador.

2. Colas animales

El abedul no crece naturalments en climas más templados, de modo que otras soluciones tuvieron que ser encontrado.

Fue descubierto evidencias arqueológicas de que las proteínas extraídas por cocción prolongada y por la hidrólisis parcial de la piel, los huesos, pezuñas de caballo o los tendones fueron utilizados incluso por el Neanderthal. Por contra, la evidencia más antigua escrita data de 2000 antes de Cristo en Egipto, donde probablemente comenzó el uso de este tipo de adhesivo en la fabricación de muebles.

Guías de supervivencia explican cómo hacer pegamento de cuero crudo. Primero debe suavizar la piel en agua hirviendo, luego se corta en trozos pequeños y ponerlo a hervir durante varias horas. Luego, las porciones insolubles restantes se filtran y el agua reducen hasta que espese. Más pegamento se concentra, más rápido se va a secar. También es posible para curar el adhesivo completamente; que se mantendrá mejor en el seco. El adhesivo de cuero fue utilizado particularmente en la fabricación de arcos compuestos.

La cola de pescado se inventó en Irlanda en el siglo 19. Hasta la invención de adhesivos epoxi, publicidad contó con la propiedad que refina cola de pescado para unir metales entre ellos. Esta propiedad probablemente es exagerada. El mayor defecto de este pegamento era que seguía siendo soluble en agua después del secado.

El blanco de la albúmina de huevo se utiliza para fijar la hoja de oro utilizado en la iluminación.

Colas de caseína se hacen precipitando la caseína de la leche con el vinagre. Los grumos formados son neutralizados con carbonato de sodio, lo que les sitúa en la solución y se espese. La leche desnatada da los mejores resultados. Colas de caseína pueden ser en polvo mediante secado por primera expresando el agua residual de tela, y luego en el aire, y finalmente por la molienda. Antes de su uso, el polvo se mezcla con agua a la consistencia de la miel y aplicada. Colas de caseína se utilizan en la carpintería.

La sangre de los animales es un desperdicio matadero. El adhesivo está contenido en el suero sanguíneo endospermo. La adición de cal y un álcali para las mezclas de agua endospermo mejora las propiedades adhesivas. La industria de la madera contrachapada es uno de los principales consumidores de adhesivos derivados de la sangre debido a que son relativamente resistentes a la humedad después de la compresión en caliente. Hoy en día, tendemos a utilizar en la fabricación de contrachapado pegamentos sintéticos formol y melamina debido a una mejor resistencia a la humedad y una mayor disponibilidad. Por supuesto, el mayor interés en materiales renovables y biodegradables puede aumentar la cuota de mercado de estos adhesivos a base de sangre, hasta que los adhesivos sintéticos biodegradables estarán disponibles en grandes volúmenes.

3. Colas de minerales y cementos

En Mesopotamia, se utilizaron betún resurgimientos para extraer el asfalto. Los componentes volátiles se evaporan de petróleo, dejando un residuo sólido o pegajoso negro. En 6000 antes de Cristo, se utilizó asfalto natural para hacer mortero de construccíon Más tarde, el asfalto se utilizó para barcos masilla, para hacer joyas y establecer mosaicos o partes de armas. En América del Norte, los nativos americanos utilizaran asfalto en sus cestas para que sean a prueba de agua y para fijar las puntas de flecha. Hoy en día, el asfalto se produce comercialmente a partir de residuos de destilación de petróleo o carbón, y se usa regularmente para asegurar paneles de aislamiento o pizarras techo. Históricamente, los primeros cementos de mineral conocidos fueron ampliamente utilizados por los romanos partir de piedra caliza, ceniza volcánica y ladrillo pulverizado (de arcilla), todos carbonizados y aplastados. Cementos minerales se endurecen en presencia de agua debido a la formación de hidratos cristalinos.
El mortero es una mezcla de cemento y arena, mientras el hormigón está hecho de cemento y agregado. El cemento se usa casi exclusivamente en la construcción.
Por extensión, cementos dentales se obtienen mezclando un polvo con un líquido, pero eso es donde termina la similitud. El polvo es un óxido de metal alcalino y el líquido es ácido. La sal de metal formada actúa como una matriz de cementación.
Cementos de minerales de lo contrario no se toman en cuenta en este sitio porque muchas de sus propiedades son diferentes de las de la mayoría de los adhesivos y selladores.

4. Caucho natural

El caucho natural se hace mediante la coagulación de la savia del árbol Hevea. Un líquido viscoso estable está formado por la mezcla con un disolvente de hidrocarburo y un poco de alcohol. Los primeros impermeable fueron fabricados pegando espesores de dos tejido junto con caucho.
En 1841, el descubrimiento accidental de la vulcanización del caucho con medios de azufre resolvió el problema del ablandamiento del caucho cuando se calienta en presencia de aceite o combustible. Fue la primera vez que una sustancia natural se ha modificado químicamente para mejorar sus propiedades.
El cemento de caucho utilizado para reparar tubos interiores de neumáticos contienen aditivos de reticulación para evitar que se fundan cuando hace calor.

5. Resinas sintéticas

En 1862, A. Parkes se las arregla para hacer el celuloide semi-sintético mezclando nitrocelulosa y alcanfor. La nitrocelulosa era demasiada frágil para ser utilizado como un adhesivo. La primera resina totalmente sintética era baquelita, una sustancia fenólica termoendurecible inventada por el belga Leo Bakeland en 1907. Baquelita es un material duro, moldeable pero no es adecuado como un adhesivo. La misma química fue explotado después para impregnar telas o papel.
Hoy en día, tableros de fibra y partículas se hacen calentando bajo presión virutas de madera o serrín con resinas de amino-formaldehído. Desde el formaldehído está clasificado como potencialmente cancerígenos, niveles de residuos se mantienen dentro de límites estrictos.
Varios de los nuevos cauchos sintéticos tales como policloropreno, Buna (polibutadieno) y silicona fueron sintetizados durante la Segunda Guerra Mundial. Seguidas por resinas epoxi, poliuretanos y finalmente adhesivos metacrilato y cianoacrilato (Super Glue o Superglue ™). Las nuevas tecnologías de secado sobre la base de la radiación UV y haz electrónico aparecieron para eliminar los disolventes volátiles. Este proceso requiere resinas y aditivos especiales.

La naturaleza es nuestra guía

Los estudio de la naturaleza reveló varios ejemplos del uso de adhesivos que continúan siendo una fuente de inspiración.

1. Látex de caucho

Buena resistencia adhesiva depende del peso molecular del aglutinante de resina. Desafortunadamente, el alto peso molecular aumenta la viscosidad de las resinas en solución, por lo que es difícil de usar o alterar otras propiedades del pegamento. Por ejemplo látex que son ampliamente utilizados en la pintura se inventó hace mucho tiempo por la naturaleza. Se ha demostrado la forma en emulsiones modernas tales como pinturas acrílicas o adhesivos dispersiones. La resina está en forma de partículas microscópicas en suspensión en agua en presencia de tensioactivos, como en la savia de la Hevea.

2. Colmenas

La cera utilizada para construir la colmenas por el miel se aplica como un líquido a través del calor del cuerpo de la abeja, como un adhesivo de fusión en caliente.

Naw (o hulusheng en China) es un órgano de boca utilizado en el norte de Tailandia. Los tubos están pegados a una calabaza ahuecada por cera de abejas.

Nidos de avispas: varias especies de avispas sociales construyen sus nidos con materiales cercanos masticados y mezclados con fibras de madera. Los nidos resisten al agua debido a la riqueza en prolina de las mucoproteínas de la saliva, cercanas del exoesqueleto de quitina de la avispa, que se seca y se convierte irreversiblemente en una superficie repelente al agua

3. Nidos

Los nidos de golondrinas son bien conocidos, pero su uso es temporal. Se construyen con el suelo aglomerado con la saliva que contiene imucine, una glicoproteína.
Saliva seca de la salangana a nido blanco (Aerodramus fuciphagus) y a nido negro (Aerodramus maximus) es comestible y de uso común en la fabricación de sopa de nido de golondrinas , una especialidad china. Salanganas ponen hilos entrelazados de saliva pura secretada por las glándulas bajo su lengua.

4. Termitas

Nidos de termitas a veces son atacados por otros insectos. Algunas especies de termitas han desarrollado técnicas de defensa mediante una protuberancia frontal proyectando un pegajoso líquido sobre sus atacantes. El líquido se endurece rápidamente en contacto con el aire, atrapando rápidamente las hormigas o las otras termitas. A veces, las contracciones son tan violentas que las termitas se autodestruyen (autothyse).

5. Percebes

Los percebes son crustáceos marinos que se adhieren firmemente a las superficies duras, tales como cascos de barcos (biofouling), las rocas o las ballenas. Percebes producen los enlaces más fuertes y más duraderos, de todo el mundo acuático. Estos moluscos secretan proteínas polifenólicas que se estudia hoy en día para aplicaciones dentales y médicas debido a su resistencia a los antibióticos. Una enzima, polifenol oxidasa, causa la reacción de la proteína con un bisfenol formando así una proteína insoluble (bronceado).

6. Geckos

Los Geckos son capaces de unir y separar sus dedos adhesivos en el espacio de milisegundos corriendo hasta 1 metro por segundo en cualquier superficie. Los adhesivos en los pies del geco estan completamente diferente de los adhesivos convencionales. De hecho, los adhesivos sensibles a la presión son difíciles de quitar una vez aplicado. Los dedos de Gecko están cubiertos de redes de fibra conectados como el pelo (setas) formadas por la hidrofóbica queratina dura que actúa como una cama de muelles angulares. De ello se desprende una fuerza de adhesión similar al de pegatinas. Las setas son autolimpiantes y son capaces de ser utilizados de forma continua durante meses en uso continuo incluso en ambiente sucio. Las setas de Gecko resisten la fijación inadecuada y son capaces de unir y separar rápidamente. Según los científicos, nanoestructuras adhesivas inspiradas de Gecko podrían convertirse en la cola del futuro.

7. Resina de pino (o resina o brea griego)

La colofonia se deriva de la exudación de pino en respuesta a una lesión. Colofonia destilada en sí es un material frágil de fusión de entre 80 ° y 90 ° C de las cuales las propiedades adhesivas son demasiado bajas para el uso general. Cuando se mezcla, puede ser utilizado para proteger los árboles de escalada insectos o como cera de sellado. Derivados obtenidos por modificación química se utilizan comúnmente en las formulaciones de adhesivos termofusibles y adhesivos de contacto.y también para la producción de pinturas y tintas de impresión. La colofonia como tal se utiliza para mejorar la adherencia de las cerdas del arco sobre las cuerdas del violín. El primer uso de la colofonia para este fin se llevó a cabo en Cremona (Italia) El casco original de Stradivarius.

8. Otros adhesivos vegetales

El almidón extraído de muchas plantas, como las patatas, arroz, tapioca, y así sucesivamente es también un adhesivo útil aunque su uso está limitado por su resistencia a la humedad baja y su propensión a moho. Los adhesivos basados en almidón se utilizan para la fabricación de cartón corrugado y papel pintado, por ejemplo. Los antiguos chinos y los egipcios fueron capaces de utilizar adhesivos a base de almidón en la fabricación de papel o papiro. En quando se calienta en agua, los granos amidoplastes se hidraten (absorber agua) y se hinchan y espesar, formando un líquido viscoso, gel o pasta. La masa se puede usar para unir el papel a la madera. Una vez seca la masa se vuelve relativamente dura y cohesiva, mientras que conserva sus propiedades adhesivas. Su pobre resistencia a la humedad limita el uso de esta pasta. Tal vez algunos de nosotros, ya se utilizan este pegamento, para hacer cometas con papel y bambú.

Fuentes

• L'ART DE FAIRE DIFFERENTES SORTES DE COLLES. par Duhamel Du Monceau, de l'Académie Royale des Sciences (1771).

• Adhesives.org
• Primitiveways.com
• Wikipedia.org