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Tipificación de adhesivos

y morteros Revisión detallada a las diversas clasificaciones existentes, así como a sus principales usos en la construcción.

ADHESIVOS Para hacer claridad, adhesivo es aquella sustancia que, aplicada entre las superficies de dos materiales, permite una unión resistente a la separación, de acuerdo con el doctor en ingeniería mecánica de la Universidad de Los Andes, Juan Pablo Casas; se denominan sustratos o adherentes a los materiales objeto de unión adhesiva. El conjunto de interacciones físicas y químicas llevadas a cabo en la interfase adhesivo/ adherente es llamada adhesión.

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MORTEROS Mortero, en su definición general, es toda mezcla de cemento, agua y arena. Su función puede ser estructural o no. Los morteros de reparación o los morteros fluidos, por ejemplo, cuentan con una función estructural, mientras que las variedades empleadas para pega de pañetes, no.

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Adhesivos Clasificación El concepto de adhesión ha sido abordado desde diversas perspectivas teóricas, aunque ninguna definición establecida ha resultado satisfactoria. Por ejemplo, según el científico Shougen Wu, la adhesión refiere a un estado en que dos cuerpos se unen por medio de un íntimo contacto entre sus superficies, derivando en la transferencia de las fuerzas mecánicas a través de la interfase. POR FUNCIÓN

TEORÍAS PRINCIPALES DE ADHESIÓN

Las conexiones adhesivas pueden dividirse en dos categorías: estructurales y no estructurales. 1. Adhesivos estructurales: se trata de materiales de gran resistencia y rendimiento. Su función primaria es unir estructuras y soportar altas cargas. A esta categoría pertenecen algunos epóxicos, adhesivos poliéster, acrílicos, poliuretanos y viniléster. 2. Adhesivos no estructurales: refiere a materiales que no se encuentran sometidos a altas cargas, pero mantienen a los objetos adheridos en su posición de pega. Los sellantes empleados para rellenar fisuras en las placas de concreto o los adhesivos utilizados en los post-it constituyen un ejemplo.

De acuerdo con el Departamento Técnico de Adhesivos para la Construcción de Sika Colombia, hay tres teorías principales:

1

Encaje o trabazón mecánica: refiere al anclaje mecánico del adhesivo en los poros y segmentos irregulares de la superficie.

2

Electroestática: alude a la divergencia entre electronegatividades de los materiales objeto de adhesión.

3

Adsorción: estipula que la adhesión resulta del contacto molecular entre dos materiales y las fuerzas de atracción superficiales que desarrollan, definidas con recurrencia como fuerzas de Van Der Waals.

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POR COMPOSICIÓN QUÍMICA En términos de sustancias involucradas, el principal componente de un adhesivo o sellante es un polímero orgánico con uno o más componentes, cuya reacción química deriva en un polímero sintético. 1. Una de las clasificaciones tentativas existentes tipifica los polímeros en tres clases:

Termoendurecibles: como los epóxicos y el poliéster.

TEMPERATURA

Termoplásticos: como los copolímeros de vinil acetato, el acetato de polivinilo, el éster poliacrílico y el monómero de metil metacrilato.

Elastómeros: como el poliuretano, el polisulfuro, la silicona, el estireno butadieno, y el cloropreno.

Todos los polímeros cuentan con una temperatura de transición vítrea (Tg). Por debajo de dicha magnitud se comportan como materiales duros e inflexibles, por encima, se tornan blandos y flexibles. “En su estado blando, las propiedades mecánicas del adhesivo se reducen de forma ostensible. Algunos polímeros son empleados a temperaturas superiores a su Tg y otros por debajo”, señala el ingeniero de Edificación y Vivienda de Sika, Andrés Vanegas Castillo. La temperatura de un adhesivo estructural duro debe encontrarse por debajo de la Tg, pero por encima de la temperatura ambiente. En adhesivos duros no estructurales la temperatura de servicio es irrelevante, en caso de que el ablandamiento no incida en el comportamiento esperado de la pega. Los elastómeros son empleados por encima de su Tg, cuando se encuentran en estado blando.

Los polímeros termoplásticos resisten cambios abruptos de temperatura, reflejados en el endurecimiento del material por enfriamiento y el ablandamiento por incremento de calor, sin perder sus propiedades. Los termoestables y elastómeros son insolubles después de curados por calor u otros medios. Adicionalmente, los elastómeros son elásticos o rebotan, lo cual los convierte en materiales idóneos para resistir la deformación.

2. Otra de las clasificaciones discrimina los adhesivos poliméricos en dos familias:

Con base en agua (u otro compuesto acuoso): como el acetato de polivinilo, los copolímeros de vinil acetato y el éster poliacrílico. (adhesivos látex)

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Libres de solventes: como los epóxicos, el poliéster, los monómeros, los polisulfuros, los poliuretanos y las siliconas.

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Características

EPÓXICOS Son los más conocidos y aplicados en la construcción. Se suelen componer de una resina epóxica, un agente curador de amina o poliamida, diluyentes reactivos y, en algunos casos, llenantes inorgánicos y agentes tixotrópicos.

Epóxicos cerámicos para restaurar bombas de agua.

os Los epóxic s o son idóne para unir etales diversos m obre, como el c el el acero y aluminio.

r

Estas son las principales propiedades y aplicaciones de los adhesivos de uso recurrente en la industria de la construcción.

Algunos promotores de adherencia basados en resinas epóxicas trabajan para desempeñarse a temperaturas inferiores a los 10ºC o superiores a los 35ºC. Como ocurre con la mayoría de adhesivos estructurales, para obtener máximo rendimiento –en particular bajo condiciones adversas– es necesario preparar la superficie de forma adecuada. Los epóxicos son idóneos para unir diversos metales como el cobre, el acero y el aluminio. Ofrecen resultados similares con el vidrio, la madera, el concreto, el papel, la tela y la cerámica.

Ventajas:

alta resis1. Su baja retracción y a alta tencia. “Cuentan con un d del ida alin tolerancia a la alc eniero ing el ca sta concreto”, de s. ga ne Va Andrés 2. Cuentan con excelente istencia fuerza de cohesión y res química. de ácidos, 3. Soportan el ataque tes. aceites, alcalinos y solven

Desventajas:

1. Largos perio dos de curado característicos de la mayoría de epóxicos. Lo s rangos de curado oscilan de 3 horas a 60 ºC, a 20 min utos a 100º C, y a temperatura am pueden tomar ha biente sta un día. 2. Baja resisten cia al peel.

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SILICONAS

Las siliconas se clasifican de acuerdo con el subproducto liberado durante el proceso de curado:

Acéticas: desprenden ácido acético, lo cual genera efectos corrosivos en algunos metales como el cobre.

Alcoxi: liberan alcoholes como el metanol.

Amínicas: liberan aminas.

Oxímicas: liberan oximas. También se las denomina siliconas neutras.

El sistema de curado clásico de las siliconas es por humedad. No obstante, formulaciones recientes incluyen fotoiniciadores en su composición, por ende, curan bajo la emisión de rayos UV. Su principal aplicación reside en entornos no estructurales. Se ha intentado introducir siliconas en otros adhesivos, como los epóxicos y fenólicos, pero el producto resultante ha carecido de buena resistencia y sus tiempos de curado son prolongados. Por ese motivo, sus características se adaptan a procesos de sellado de juntas y grietas, así como a la impermeabilización de estructuras expuestas a la humedad.

Ventajas:

r

Las siliconas muy ostentan una idad buena estabil baja termal, pero iva. Su fuerza adhes cación principal apli rnos reside en ento les. no estructura

1. Buena adhesividad y sellado para variedad de sustratos. 2. Permanecen flexibles entre -55ºC y 250ºC. 3. Son resistentes al ozono, los rayos UV y la humedad. 4. Buena estabilidad termal.

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Desventaja:

a.

siv 1. Baja fuerza adhe

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Ventajas:

Selladores para tuberías de gas, agua, aire...

Desventajas:

1. Su uso con concreto se ha limitado debi do a su baja resistencia adhesiva. Los tipos flexibles se em sistemas de mem plean en br pega de tabletas ana y en de cerámica al concreto en do nde resistencia al im se requiere 2. Tiene la nece pacto. sidad de recurr ir a imprimacione s pa cabo uniones es ra llevar a tructurales. 3. Pobre resist encia a los rayo s UV, lo que limita su utilización a interiores.

POLIURETANOS

Los adhesivos de poliuretano se encuentran disponibles tanto para materiales flexibles como rígidos, sellantes criogénicos y revestimientos resistentes a la abrasión. Los poliuretanos son empleados para unir plásticos, con superficies cuya energía superficial es baja, con materiales disímiles o metales.

Poliuretanos para adhesión de vidrios, cubiertas, entre otros.

go de 1. Sellan un amplio ran sustratos. s entre 2. Permanecen flexible ºC. 80 y ºC -40 ncia a los 3. Ofrecen buena resiste . cos ími productos qu se puede 4. El adhesivo aplicado pintar. erable 5. Presentan una consid ado del cur l de tes resistencia an producto. y suaves. 6. Producen olores mu de os en 7. Presentan fenóm les ab ech rov histéresis, ap dos o rui los ar igu ort para am vibraciones.

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Esquema: cortesía Chema

ACRÍLICOS

Algunas resinas acrílicas se emplean, en algunos casos, para pegar láminas de metal. El metilmetacrilato y los monómeros metacrilatos de alto peso molecular de la familia de los acrílicos son empleados como adhesivos libres de solvente para el concreto. “Suelen agregarse al mortero para formar un mortero adhesivo fluido empleado para llenar líneas anchas de pega y proporcionar un curado adecuado para el servicio en 30 minutos a 2 horas”, explica el ingeniero de Rehabilitación de Estructuras de Sika Colombia, Jorge Rendón. Proporcionan notables niveles de adhesión en numerosa variedad de sustratos como el aluminio, el cobre, el acero inoxidable e incluso la fibra de carbono. Algunos adhesivos acrílicos curan en un rango de entre 2 y 20 minutos, y otros consiguen endurecerse en menos de 10 segundos. Sin embargo, la conclusión absoluta del proceso de curado puede conllevar hasta 24 horas. Otra área de aplicación la constituye la unión de sustratos disímiles, incluyendo metales y otros materiales con diferentes coeficientes de expansión. Por su parte, las cintas adhesivas suelen recurrir a adhesivos acrílicos de baja o alta resistencia, dependiendo de su aplicación.

Desventaja:

Ventajas:

1. Alta tolerancia a super ficies mal preparadas. 2. Curado rápido a temperatura ambiente, el cual puede acelerarse por medio de un incremento de temperatura o el uso de un catalizador. 3. Baja contracción durante el periodo de curado. 4. Buena resistencia al peeling y al impacto. 5. Notable tolerancia a la incidencia de factores ambientales y las altas temperaturas (hasta 177ºC).

Las uniones llevadas a cabo con acrílicos suelen resistir inmersiones en isooctano, aceite de motor, fluido hidráulico, soluciones de cloruro de sodio al 10%, agua destilada, alcohol etílico, ácidos minerales diluidos y alcalinos.

contacto con 1. No soportan el s y solucioácidos concentrado na, pero nes alcalinas o aceto protecte en ag “constituyen un iones en cc tru ns co tor para las os sometidos concreto, en ámbit as, como a dispersiones salin cercanos jes ra pa ocurre en los Rendón. ta en m ple m al mar”, co

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Ventajas:

to. 1. Rápido endurecimien lículas pe con a 2. Alta resistenci o. siv he finas de ad adores o 3. No requieren cataliz agregados. se de 4. No liberan ninguna cla ado. cur el te ran du solvente n sobre sió pre de n ció lica 5. La ap para nte icie la superficie es suf n. sió he ad garantizar la . 6. Muy baja contracción

Desventajas:

1. Su tolerancia a la humedad es baja. 2. Las uniones entre metales tienden a debilit arse en pocos meses.

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- A

CIANOCRILATOS

Los cianocrilatos forman fuertes uniones termoendurecidas entre numerosos materiales sin necesidad de un catalizador o la aplicación de calor. Son útiles para unir metal con otros materiales no metálicos. Algunos productos de dichas características han registrado resistencias superiores a los 13.7 MPa. Se recomienda aplicar los cianocrilatos en películas muy finas, ello incrementa su resistencia y velocidad de curado. En general, las propiedades de estos adhesivos se conservan después de varios años. Las uniones de caucho-caucho y caucho-metal se mantienen, incluso a la intemperie, por hasta siete años. Las uniones de plástico-plástico y plásticocaucho han demostrado durabilidad superior a un lustro.

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POLIÉSTERES Las resinas poliéster pueden dividirse en dos grupos distintos: saturados (termoplásticos) y no saturados (termoendurencibles). Los poliésteres saturados cuentan con pocas aplicaciones, excepto en hot meals de alto rendimiento. El grupo de termoendurecibles requiere un catalizador de curado y posee pocos usos como adhesivo; sin embargo, es empleado para construir o reparar suelos de concreto en la construcción. La mayoría de polímeros de la clase referida se consideran inflamables. Su punto de ignición se encuentra por debajo de los 38ºC. Sin embargo, algunos productos en el mercado incrementan su resistencia al fuego.

Ventajas:

1. Alta resistencia a los ambientes ácidos. 2. El uso de algunos productos en el mercado incrementa su resistencia al fuego.

Desventajas:

poliésteres no 1. La mayoría de n a sustratos bie n re se adhie s. húmedos o mojado ideran ns co se ía or ay m 2. La punto su es pu inflamables, tra por en cu en se ón de ignici . debajo de los 38ºC

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Desventaja

s:

depend de curado 1. La velocida ratos tratados de de los sust uede tardar e. P con el sellant y 24 horas. os ut in m 5 entre ento ble el increm sa en sp di in ar el 2. Es er el ac ra para de temperatu rado. proceso de cu

ANAERÓBICOS

Ventajas:

de metal, 1. Pegan cualquier tipo o. Alta vidrio, cerámica o plástic finas las lícu pe resistencia con o. de adhesiv ra desli2. Por su capacidad pa s, son zarse en zonas angosta para tes lan usados como sel de un os nill tor y s rca fijar las tue roscas, ensamblaje, para sellar as, ric retener piezas cilínd ar acoplar bridas e impregn piezas. se de 3. No liberan ninguna cla o. cur solvente durante el ad lípe la s, do 4. Una vez aplica con cula de adhesivo cuenta la a a nci iste res nte excele sy mayor parte de los líquido de go ran un de gases dentro y ºC -54 tre en ura temperat 232ºC.

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Pertenecen a la familia de acrílicos y su formulación promueve el curado bajo ámbitos carentes de oxígeno. Se trata de monómeros líquidos cuyo proceso de polimerización se lleva a cabo en condiciones anaeróbicas. El proceso de endurecimiento transforma el adhesivo en una resistente resina plástica. El contacto con el aire, por el contrario, mantiene al adhesivo en su forma líquida. Las superficies metálicas aceleran el proceso de curado. La presencia de iones metálicos suscita la generación de radicales libres en su reacción con los peróxidos existentes en la formulación del adhesivo.

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SILANOS MODIFICADOS

Los silanos modificados son un grupo de adhesivos basados en poliésteres terminados en grupos siloxanos. Su endurecimiento ocurre entre 10 y 20 minutos después de su aplicación. Su composición química permite la inclusión de agentes promotores de adhesión que mejoran sus propiedades y permiten su uso en variedad de sustratos como los plásticos y el vidrio.

Ventajas:

1. Presentan viscosidades bajas. 2. Permanecen flexibles entre -40ºC y 100ºC. 3. Buena resistencia a los productos químicos. 4. Buena resistencia a los rayos UV. 5. El adhesivo aplicado se puede pintar. 6. Segrega subproductos de bajo olor (metanol). 7. No corroe los sustratos, ello favorece su uso como sellante en la construcción.

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Informe especial Adhesivos en la construcción