Perché la colla è “appiccicosa”? Ecco spiegato come fa ad attaccare le cose

La colla, una delle invenzioni più antiche e utili per l'umanità, ci accompagna dall'Età della Pietra e ci aiuta a produrre utensili più resistenti, incollare tessuti o materiali da costruzione, e persino a richiudere ferite e tagli. Ciò che rende le colle più o meno "appiccicose" sono la forza dei legami chimici tra le molecole di colla e il materiale da incollare, la viscosità della colla stessa e la capacità di polimerizzazione, ossia di creare molecole più lunghe e stabili che tengano insieme il nostro "Attacco d'arte". Fin da piccoli impariamo ad usare la colla, ma difficilmente ci fermiamo a pensare cosa renda davvero le colle "appiccicose" e perché colle particolarmente efficaci con alcuni materiali siano pessime in altre applicazioni. Queste domande sono, in realtà, meno banali di quanto si possa pensare: ancora oggi il mondo della ricerca studia le colle per sviluppare prodotti più forti, duraturi o sicuri da utilizzare.

Che cosa rende la colla appiccicosa: legami chimici e viscosità

Viste le grandi differenze tra tipi di colla e di materiali da incollare, non c'è da stupirsi del fatto che non esista un unico meccanismo alla base della loro "appiccicosità". A livello microscopico, la materia è composta da atomi (oggetti di ferro, rame) o molecole: all'interno dello stesso materiale, le interazioni tra i vari atomi e molecole che lo compongono sono più forti, con legami covalenti o ionici tra atomi che formano molecole complesse o strutture ordinate come i reticoli cristallini.

Sulla superficie del materiale invece, le interazioni con il "mondo esterno" sono molto meno forti, dovute alla presenza di deboli cariche elettriche positive e negative, come le forze di van der Waals, che potremo paragonare all'attrazione magnetica tra due calamite, ma molto più debole. Cosa c'entra questo con le colle? Le colle permettono di riempire i minuscoli spazi tra le superfici di due materiali a contatto, eliminando l'aria rimasta negli interstizi e aumentando enormemente la quantità delle deboli interazioni e di conseguenza l'attrito tra le due parti.

Per incollare bene, però, un altro fattore fondamentale è la viscosità e la formazione di legami tra molecole della colla stessa. Paragoniamo per esempio "l'appiccicosità" del miele a quella dell'acqua: entrambi possono riempire gli interstizi tra le nostre dita, ma solo il miele le "incolla". Questo è dovuto alle interazioni tra le molecole del miele (principalmente zuccheri), molto più forti di quelle tra le molecole di acqua. Il miele è più viscoso, quindi scorre meno facilmente, perchè si "attacca" a se stesso, oltre che alle nostre dita. Nella maggior parte dei casi, però, queste semplici interazioni non bastano.

L'importanza della polimerizzazione e dei solventi

Molte colle dopo l'applicazione danno vita a processi di polimerizzazione, ossia una reazione chimica che, a partire da tante piccole molecole (monomeri), porta alla formazione di molecole molto più lunghe (polimeri) e stabili, creando quindi delle connessioni solide tra le superfici incollate. Questo è il principio alla base degli adesivi cianoacrilati, composti usati nelle colle istantanee a presa forte (come il SuperAttack^®), che polimerizzano e si solidificano in presenza di umidità nell'aria.

La reattività con l'acqua rende i cianoacrilati adatti anche all'uso medico, come sostituti per punti chirurgici o altre suture in medicina d'emergenza: a contatto coi tessuti umani le colle polimerizzano rapidamente, richiudendo le ferite. Attenzione: le colle per uso medico sono specifiche e di pertinenza ospedaliero, mentre le comuni colle istantanee da supermercato sono prodotti molto irritanti, quindi non usateli per un soccorso "fai da te". Per ogni evenienza, è sempre necessario rivolgersi al proprio medico curante.

In altri casi, per esempio per polimeri sciolti in un solvente, è l'evaporazione del solvente stesso a favorire la formazione dei reticoli tra polimeri: è il caso della colla vinilica, una soluzione di PoliVinilAlcooli sciolti in acqua. Questa colla molto fluida funziona bene con materiali porosi come legno o carta: viene facilmente assorbita e penetra quindi all'interno dei materiali. Quando l'acqua evapora, la colla si secca, legando tra loro i materiali, come una sorta di "ragnatela liquida".

La solubilità in acqua è anche il motivo per cui, in caso ci si sporchi con la colla vinilica, basta semplicemente lavarsi le mani: una caratteristica importante che, unita alla non tossicità del materiale, l'ha resa uno degli adesivi più usati nelle scuole e per il fai da te.

Un meccanismo simile è alla base delle classiche colle a caldo, altre favorite del fai da te: in questo caso, a "liberare" i polimeri è semplicemente il riscaldamento della colla, che in forma liquida può essere applicata sulle superfici e in parte penetrare materiali porosi. Il raffreddamento porterà all'indurimento della colla, che resta comunque "flessibile" e quasi gommosa, caratteristica utile anche per sopportare vibrazioni o stress meccanici. Il processo è però totalmente reversibile: un successivo riscaldamento renderebbe inefficace l'incollaggio.

Le colle dall'età della pietra ai Post-it

La colla è probabilmente una delle più vecchie invenzioni umane: ritrovamenti archeologici risalenti all'Età della Pietra, in Africa, dimostrano che i Sapiens erano in grado non solo di sfruttare resine essudate (ossia rilasciate già in forma liquida, ad esempio dopo la rottura di un ramo) dalle piante, ma anche di ricavarne alcune con processi di distillazione a secco da alberi di Podocarpus.

Per secoli, è sempre stata la natura la principale fonte di colla: l'uomo ha imparato a sfruttare piante e tessuti animali, come le cartilagini di pesce o i tessuti connettivi di cavalli o bovini, per produrre sostanze in grado di incollare materiali come il legno. La chimica moderna ha segnato, anche per le colle, il boom di prodotti sintetici ottenuti dal petrolio o dal gas naturale, alla ricerca delle migliori caratteristiche per ogni singola applicazione.

Pensiamo per esempio alla colla vinilica, non irritante e relativamente "debole" è ottima per incollare materiali porosi come carta o legno. Oppure ai Post-it^®, la cui colla è contenuta in bolle di resina da "rompere" con una leggera pressione, caratteristica che li rende facilmente staccabili e riutilizzabili visto che non tutta la colla è utilizzata a ogni "attacco".

non perderti questo articolo

Dalle zampe del geco agli adesivi senza colla, una nuova tecnologia ispirata dalla natura

Di Nicole Pillepich