Super cola

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Antecedentes

A cola é uma substância adesiva gelatinosa usada para formar uma fixação superficial entre materiais discretos. Atualmente, existem cinco tipos básicos de cola. As colas com solvente compreendem uma base adesiva misturada com um solvente químico que torna a cola espalhável; a cola seca à medida que o solvente evapora. A maioria dos solventes são inflamáveis ​​e evaporam rapidamente; tolueno, um hidrocarboneto líquido feito de combustíveis fósseis, é freqüentemente usado. Incluídas nesta categoria estão as colas vendidas como soldas líquidas e os chamados cimentos de contato.

Colas à base de água usam água como solvente em vez de produtos químicos. Elas funcionam mais lentamente do que as colas com solventes químicos; no entanto, eles não são inflamáveis. Esta categoria abrange colas como a cola branca e a cola de caseína em pó, feita a partir da proteína do leite e misturada em casa ou na loja.

As colas de duas partes incluem epóxi e resorcinol, um fenol cristalino que pode ser sintetizado ou feito de resinas orgânicas. Uma parte contém a cola real; a outra parte é um catalisador ou endurecedor. A cola de duas partes é muito útil para trabalhar com metais (automóvel O preenchimento dentado é uma cola de duas partes, mas deve ser misturado corretamente para funcionar bem.

As colas de couro animal são úteis para trabalhos em madeira e folheados. Feita a partir de peles, ossos e outras porções de animais, a cola é vendida pronta ou em pó ou flocos que podem ser misturados com água, aquecidos e aplicados a quente.

Colas de cianoacrilato, geralmente chamadas de C.A.s, tipificam as mais novas e fortes colas modernas, feitas de polímeros sintéticos. Um polímero é uma molécula complexa composta de moléculas menores e mais simples (monômeros) que se ligam para formar unidades estruturais repetidas. Depois que uma reação polimérica foi catalisada, pode ser difícil interrompê-la:o impulso natural para formar cadeias poliméricas é muito forte, assim como as ligações moleculares resultantes - e as colas baseadas nelas. Em casa e no escritório, pequenas quantidades de C.A.s são úteis para um número quase infinito de reparos, como consertar cerâmica quebrada, consertar juntas e até mesmo unir unhas partidas. Na indústria, o C.A.s tornou-se importante na construção, medicina e odontologia.

Colas de cianoacrilato foram descobertas em um laboratório Kodak em 1951 quando dois químicos, Dr. Harry Coover e Dr. Fred Joyner, tentaram inserir um filme de etil cianoacrilato entre dois prismas de um refratômetro para determinar o grau em que ele refratou ou dobrou, luz passando por ele. Embora a primeira conclusão de Coover, Joyner e os outros membros da equipe do laboratório foi apenas que uma peça cara do equipamento de laboratório havia sido arruinada, eles logo perceberam que haviam tropeçado em um novo tipo de adesivo.

Mudar de um acidente de laboratório para um produto comercializável não é fácil; A Kodak não começou a vender a primeira cola de cianoacrilato, Eastman 910, até 1958 (a empresa não fabrica mais adesivos C.A.). Hoje, várias empresas fazem C.A. colas em uma variedade de formulações. Alguns grandes fabricantes operam laboratórios de pesquisa para atender às novas demandas de formulações especiais e para desenvolver novos e melhores C.A.s.

O método pelo qual os polímeros agem como cola não é totalmente compreendido. A maioria das outras colas funcionam em um princípio de gancho e olho - o O ingrediente inicial na super cola, cianoacetato de etila, é colocado em uma chaleira com lâminas giratórias e misturado com formaldeído. A mistura desencadeia a condensação, uma reação química que produz água; esta água é então evaporada à medida que a chaleira é aquecida. Quando a água evapora, o que resta na chaleira é o CA. polímero. Em seguida, a chaleira é aquecida novamente, causando o craqueamento térmico do polímero e criando monômeros reativos que se separam. Quando a cola acabada é aplicada, esses monômeros se recombinam para formar uma ligação. cola formas em ganchos microscópicos e olhos que se agarram uns aos outros, uma espécie de velcro molecular. Com colas que funcionam assim, quanto mais espessa a aplicação, mais eficaz é a colagem. No entanto, as colas de cianoacrilato parecem se ligar de maneira diferente. A teoria atual atribui as qualidades adesivas do polímero de cianoacrilato à mesma força eletromagnética que mantém todos os átomos juntos. Embora uma massa considerável de uma substância repele eletronicamente qualquer outra substância, dois átomos de substâncias diferentes colocados muito próximos exercerão uma força de atração mútua. Experimentos com várias substâncias mostraram que duas peças do mesmo material experimental (ouro, por exemplo) podem ser feitos para aderir uns aos outros sem o benefício de um adesivo adicionado, se forçado a ficar muito próximo.

Este fenômeno explica porque uma película fina de CA. cola funciona melhor do que uma mais grossa. Uma cola mais fina pode ser espremida tão perto do material que está aderindo que a força eletromagnética assume. Um filme mais espesso permite espaço suficiente entre os materiais que está unindo para que as moléculas possam se repelir e, conseqüentemente, a cola não se fixará tão bem.

Matérias-primas

Os produtos químicos necessários para formar o polímero de cianoacrilato incluem etil cianoacetato, formaldeído, nitrogênio ou algum outro gás não reativo, inibidores de radicais livres e eliminadores de base. O cianoacetato de etila compreende etil, um radical de hidrocarboneto (um radical é um átomo ou grupo de átomos que, por conter um elétron desemparelhado, tem maior probabilidade de reagir com outros átomos), cianeto e acetato, um éster produzido pela mistura de ácido acético com álcool e retirar a água. O formaldeído é um gás incolor frequentemente usado na fabricação de resinas sintéticas. O nitrogênio é o gás mais abundante na atmosfera terrestre, compreendendo 78% do volume e ocorrendo também em todos os tecidos vivos. Como não reage com outras substâncias, é comumente usado para tamponar elementos altamente reativos que, de outra forma, se envolveriam em reações indesejadas com substâncias contíguas. Os inibidores de radicais livres e os eliminadores de base servem para remover substâncias que, de outra forma, sabotariam o produto.

O processo de fabricação

Os C.A.s são produzidos em chaleiras aquecidas que podem conter de alguns galões a vários milhares de galões; o tamanho depende da escala da operação de fabricação específica.

Criação do polímero

• 1 O ingrediente inicial é cianoacetato de etila. Colocado em uma caldeira revestida de vidro com lâminas de mistura giratórias, esse material é então misturado com formaldeído. A mistura dos dois produtos químicos desencadeia a condensação, um Os monômeros separados são canalizados para um segundo kette. Ao ir de um recipiente para outro, os monômeros se movem por uma série de serpentinas de resfriamento que permitem que se tornem líquidos. O conteúdo do segundo recipiente coletor (aquele que contém os monômeros líquidos) é efetivamente o CA. cola, embora ainda necessitem de proteção contra a cura. Vários produtos químicos chamados inibidores de radicais livres e eliminadores de base são adicionados para precipitar as impurezas que, de outra forma, endureceriam a mistura. Depois de receber todos os aditivos necessários, a cola é embalada de acordo. reação química que produz água que é evaporada à medida que a chaleira é aquecida. Quando a água evapora, o que resta na chaleira é o CA. polímero.
• 2 Porque o C.A. começará a curar, ou endurecer, ao entrar em contato com qualquer umidade, o espaço da caldeira deixado vazio pela evaporação da água é preenchido com um gás não reativo, como o nitrogênio.

Separando monômeros do
polímero

• 3 Em seguida, a chaleira é aquecida a uma temperatura de aproximadamente 305 graus Fahrenheit (150 graus Celsius). O aquecimento da mistura causa craqueamento térmico do polímero, criando monômeros reativos (quimicamente, ésteres de etil cianoacrilato; com um processo ligeiramente diferente, ésteres de metil cianoacrilato são possíveis) que, quando a cola acabada é aplicada, se recombinarão para formar uma ligação.
• 4 Como os monômeros são mais leves que o polímero, eles volatizam para cima e são canalizados da chaleira para um segundo coletor. O processo não é diferente da destilação, embora o objetivo seja uma cola em vez de uma bebida alcoólica. Ao ir de um recipiente para outro, os monômeros se movem por uma série de serpentinas de resfriamento que permitem que se tornem líquidos. Uma segunda destilação pode ser realizada para um produto de alta qualidade, e alguns fabricantes podem até destilar os monômeros uma terceira vez.

Prevenção da cura

• 5 O conteúdo do segundo recipiente coletor (aquele que contém os monômeros líquidos) é efetivamente o CA. cola, embora ainda precisem ser protegidos contra a cura. Vários produtos químicos chamados inibidores de radicais livres e eliminadores de base são adicionados para precipitar as impurezas que, de outra forma, endureceriam a mistura. Como as quantidades de impurezas e precipitados são pequenas (mensuráveis ​​em nada maior do que partes por milhão), não há necessidade de removê-los do CA. mistura. Se partículas de precipitado fossem visíveis, mesmo com várias centenas de ampliações, seria um sinal de contaminação grave e o lote seria destruído.

Aditivos e embalagem

• 6 O CA. A cola pode, neste ponto, receber quaisquer aditivos que o fabricante desejar. Esses aditivos podem controlar a viscosidade do C.A. (na verdade, pelo menos três espessuras diferentes são vendidas), ou eles podem permitir que a cola funcione em tipos de materiais que os C.A.s anteriores não podiam. Uma viscosidade mais espessa é desejada quando a colagem deve ser feita em superfícies que não se adaptam muito bem; a viscosidade mais espessa permite que a cola preencha os espaços vazios antes de endurecer. Sem outros aditivos, o C.A.s pode precisar ser restrito a superfícies não porosas. Com aditivos no CA. ou com alguma preparação de superfície, o CA. vai funcionar muito bem. CA a tecnologia é suficientemente madura para que um fabricante possa atender a uma solicitação de um cliente para um CA. que ligará quase qualquer par de superfícies.
• 7 O CA agora pode ser adicionado a tubos usando técnicas convencionais, embora sem umidade. Uma vez que o tubo é preenchido, uma parte superior é encaixada e comprimida, e a parte inferior do tubo é fechada com crimpagem. Como a maioria dos tubos de metal reagiria com o CA, os tubos de embalagem são geralmente feitos de um material plástico como o polietileno, embora os tubos de alumínio sejam possíveis. Uma vez que o CA. Quando exposto à umidade ou a um alcalino, seja no ar ou nas superfícies a serem coladas, os monômeros se repolimerizam e endurecem, formando uma ligação extremamente forte entre as duas substâncias. A reação é total; toda a quantidade de CA. que foi colocado nas substâncias irá polimerizar.

Controle de qualidade

O controle de qualidade cuidadoso deve ser exercido para que o produto funcione como deveria. Como a polimerização de monômeros é uma reação universal (ela se espalha por toda a quantidade de cola colocada na superfície, de modo que quando a reação termina não há cola não polimerizada), qualquer falha em qualquer etapa do processo de fabricação pode afetar milhares de galões de material.

Uma enorme ênfase é colocada na qualidade dos produtos químicos e suprimentos que chegam à fábrica. O ideal é que todos os fornecedores tenham procedimentos de controle de qualidade aprovados para garantir a entrega do produto de qualidade à fábrica.

Embora o processo de fabricação seja automático, ele é monitorado cuidadosamente na fábrica em todas as etapas da operação. A duração da mistura, a quantidade de mistura em cada estágio e a temperatura precisam ser observadas por operadores prontos para ajustar as máquinas, se necessário.

O produto acabado também é testado antes do envio. O mais importante é a resistência ao cisalhamento, uma medida da força necessária para quebrar o poder de retenção da cola. As medidas de resistência ao cisalhamento comumente alcançam vários milhares de libras de força por polegada quadrada.