Propiedades Fisicoquímicas de los Adhesivos: Viscosidad
La viscosidad de los adhesivos tiene un alto impacto en los sistemas de aplicación, en la fuerza de adhesión, en el consumo del adhesivo, en el alabeo de los productos a pegar y en el rendimiento final, de ahí́ la importancia de comprender más sobre este tema.
En la industria del papel unos de los insumos más importante para realizar la transformación a cajas corrugadas, tubos de papel y cajas plegadizas, es el adhesivo utilizado. Sin embargo, para poder elegir el adhesivo adecuado es necesario tener en cuenta varios factores, como la temperatura de ambiente, la humedad relativa, el tipo de máquina utilizada, el sistema de aplicación, la velocidad de trabajo y el uso final del producto a pegar.
¿Qué es la viscosidad?
El diccionario define la viscosidad como: “la propiedad física de un fluido para resistir una fuerza que hace que “fluya”. De forma más sencilla, es la medida de la resistencia del fluido para fluir, por ejemplo, el atole de chocolate tiene una mayor viscosidad que una leche con chocolate.
Recordemos que la característica principal para que un adhesivo sea aplicado es que debe ser líquido, ya sea muy viscoso, parecido a una pasta o fluido como el agua. La viscosidad de cada adhesivo depende de la fuerza con las que estén unidas sus partículas. Algunas están de una manera tan determinada que se encuentran muy cerca de ser un sólido y se caracterizan por ser adhesivos muy viscosos.
La viscosidad se reporta en unidades llamadas poise. La viscosidad del agua a 25ºC es cercana a 1 centipoise (cP).
Con relación a lo anterior, 1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cm·s). A su vez, 1 centipoise es igual a un mini pascal de segundo.
Medición de la viscosidad
Existen varios métodos para medir la viscosidad de los adhesivos. A continuación, enlistamos los medidores de viscosidad más comunes y su descripción.
Medidores de viscosidad de Tubo capilar: Estos medidores de viscosidad realizan la medición dirigiendo el líquido a través de un tubo fino. En este método se hace una medición del tiempo necesario para que cierta cantidad de fluido pase por un tubo capilar (o de calibre pequeño) de longitud y diámetros conocidos, bajo una diferencia medida y constante de presiones. Así́ se obtiene un valor de referencia que permite determinar la viscosidad cinemática.
Estos viscosímetros se usan sobre todo para medir la viscosidad de los petróleos y lodos a base de aceite.
Medidores de Vidrio Capilar Estándar: Se inventaron en 1918 por Friedrich W. Ostwald, con el propósito de poder medir la viscosidad cinemática que tienen los líquidos transparentes y opacos. Se utiliza un tubo de vidrio en forma de U por el que se hace pasar los fluidos. Los resultados no son del todo precisos. Por esta razón, se emplea en estudios sencillos, prácticas en laboratorios escolares y procesos que no requieran una completa fiabilidad en sus datos.
Medidores de viscosidad de Saybolt universal: Este viscosímetro de laboratorio es uno de los más precisos. Es un sistema diseñado con el objetivo de medir la viscosidad de un líquido calculando en segundo, el tiempo que tarda en pasar por un orificio calibrado. Sirve para hacer mediciones de viscosidad en aquellos lubricantes derivados del petróleo a un rango amplio de temperatura.
Medidores de viscosidad Stabinger: El viscosímetro Stabinger funciona por medio de un campo magnético e imanes. Se caracteriza por ser uno de los equipos de medición más fiables para realizar en los laboratorios procesos de control de calidad y determinar la cinemática, viscosidad dinámica y densidad que poseen los aceites minerales. También permite hacer mediciones sobre el terreno, tales como las muestras de aceites empleados en centrales eólicas, flotas de transporte, motores de barcos, centrales térmicas, locomotoras o maquinarias de construcción.
Medidores de viscosidad análogos: En lo que respecta a los tipos de viscosímetros de laboratorios, los análogos se forman con un disco o un cilindro que está suspendido y gira mediante la acción que hace un motor sincrónico.
Una lectura de la medida del nivel de viscosidad, suele expresarse a través de una serie de medidas que se graban en el disco o en el cilindro que se use.
Este viscosímetro se utiliza para determinar la viscosidad media de productos de la industria textil, industria científica o industria petrolera, entre otros. Por ejemplo, con él se analizan: lubricantes, combustibles, barnices, pinturas, aceite, plástico, pintura, pegamento, medicina, alimentos, entre muchos más.
Medidores de viscosidad de bola que cae o Hóppler: En estos tipos de viscosímetros de laboratorio se pone en práctica el principio de la velocidad terminal. Hace que caiga a través de un fluido, una bola esférica. El tiempo que se necesita para recorrer una distancia conocida se mide para calcular la velocidad. Entre las aplicaciones de estos tipos de viscosímetros de laboratorios se pueden destacar las que tienen fines educativos y pedagógicos. Asimismo, en las industrias petrolera, cosmética, farmacéutica; en el sector alimentario o industria papelera, entre otros
Medidores de viscosidad rotacionales digitales: Entre los diferentes tipos de viscosímetros de laboratorios, estos son idóneos para hacer una medición más exacta del nivel de viscosidad que tienen los fluidos, ya que se pueden controlar mediante un microprocesador.
De este modo se erradican los errores humanos cuando se interpretan las medidas de viscosidad. Tiene un elevado nivel de precisión y exactitud y por lo general disponen de algunos dispositivos de control y medición de temperatura del fluido que se ha analizado, con el propósito de garantizar un ambiente constante.
Medidores de viscosidad vibracional: Este aparato es idóneo para realizar mediciones dinámicas porque permiten controlar los procesos aun en presencia de fenómenos transitorios o perturbaciones rápidas. Aunque el fluido cambie sus propiedades, podemos medir en tiempo real dicho cambio y todas sus fases.
Es importante determinar el medidor que vamos a utilizar, puesto que para reportar la viscosidad debemos realizarlo especificando el equipo utilizado y en los factores que nos ayudaron a determinar la viscosidad.
Viscosidad en los adhesivos
Esta propiedad física puede variar en cada fluido. En el caso de los adhesivos, cuando se someten a calor o temperaturas ambientales altas, su viscosidad disminuye y, por tanto, se mueve con mucha más facilidad. Lo anterior significa que la viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura, esto quiere decir que al aumentar una, disminuye la otra; y al disminuir una, aumenta la otra. En eso reside la importancia de elegir un adhesivo adecuado, ya que no sería la misma viscosidad de un adhesivo en CDMX que en Sinaloa. La viscosidad del agua, por ejemplo, disminuye a partir de 1.77 cP a 0 °C a 0.28 cP a 100 °C.
Es importante mencionar que la viscosidad no está́ relacionada con el contenido de sólidos y con el pH de los adhesivos.
En AIGSA, determinamos la viscosidad con un medidor análogo RVT (viscosidad media) Brookfield y se reportan los valores obtenidos como:
1,200cP 2/20/25oC
Donde:
cP: Es la unidad de centipoise.
2: Es el número de husillo utilizado.
20: Son las revoluciones del equipo.
25 °C: Es la temperatura del adhesivo, cuando se realizó́ la medición.
1,200: Es el valor obtenido de la multiplicación del valor obtenido por el viscosímetro x el factor de husillo utilizado a 20 revoluciones. En este caso, 60 x 20.
La viscosidad de los adhesivos ayuda a garantizar una correcta aplicación en los productos a pegar y se define de acuerdo con el sistema de aplicación utilizado.
Los sistemas de aplicación requieren viscosidades específicas, no es la misma viscosidad para un sistema de inyección que para una aplicación manual. Elegir de manera correcta ayudará a disminuir la cantidad de adhesivo utilizado.
Problemas de viscosidad
Si se perciben problemas en la viscosidad de los adhesivos, es importante identificar y el origen del problema, por ningún motivo se debe alterar la fórmula. Una de las causas más comunes que propician los problemas de viscosidad son los cambios de temperatura ambiental que influyen en la temperatura de aplicación y, por ende, en la viscosidad de los adhesivos. El otro problema es la dilución de los adhesivos utilizados con agua, esta es una mala práctica, porque al realizarlo modifican todas las especificaciones de los adhesivos (contenido de sólidos, pH, viscosidad, concentración). Dicho lo anterior es necesario establecer que cuando un lote de adhesivo tiene la viscosidad incorrecta, este debe apartarse y esperar que el servicio técnico de AIGSA dé una respuesta inmediata.
La viscosidad del adhesivo es uno de los muchos factores que pueden afectar significativamente el rendimiento y la calidad de los productos pegados. Los cambios en la viscosidad afectarán la aplicación, la penetración y la adhesión, y tendrán un impacto adverso en el rendimiento general. Para maximizar el rendimiento y la calidad, es necesario determinar la viscosidad óptima, medir con precisión la viscosidad real y abordar las condiciones de la planta, que pueden afectar adversamente la consistencia y la estabilidad.
