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Les gouttelettes d'eau adhèrent à une fleur d'Hibiscus

Un adhésif est un matériau qui peut adhérer (coller) à d'autres matériaux et aider à les attacher ensemble. L'état d'attachement est appelé adhésion, qui est basé sur l'attraction entre les molécules des éléments en contact.

Différents types d'adhésifs sont maintenant disponibles, dérivés de sources naturelles et synthétiques. Certains adhésifs synthétiques modernes sont extrêmement résistants et sont de plus en plus utilisés dans la construction et l'industrie.

Un pistolet à colle contient un adhésif chaud

Histoire

Il semble que les premiers adhésifs utilisés dans l'histoire étaient les gommes naturelles et autres résines végétales. Les archéologues ont trouvé des récipients en céramique vieux de six mille ans qui avaient été brisés et réparés avec de la résine végétale. Les Amérindiens, dans ce qui est maintenant l'est des États-Unis, utilisaient un mélange de gomme d'épinette et de graisse comme adhésifs et calfeutrants pour imperméabiliser les coutures de leurs canots d'écorce de bouleau. Dans l'ancienne Babylonie, la colle semblable au goudron était utilisée pour coller des statues.

Il existe également des preuves que de nombreux premiers adhésifs étaient des colles fabriquées à partir de produits d'origine animale. Par exemple, les Amérindiens fabriquaient des colles à partir de sabots de buffle. Les premiers Égyptiens utilisaient des colles animales pour réparer les fractures dans les tombes, les meubles, l'ivoire et le papyrus. Les Mongols utilisaient des adhésifs pour faire leurs arcs courts.

En Europe au Moyen Âge, les blancs d'œufs étaient utilisés pour décorer les parchemins avec des feuilles d'or. Dans les années 1700, la première usine de colle a été fondée aux Pays-Bas, qui fabriquait de la colle de peau. Plus tard, dans les années 1750, les Britanniques ont introduit de la colle de poisson. La modernisation se poursuivant, de nouveaux brevets ont été délivrés pour l'utilisation du caoutchouc, des os, de l'amidon, du poisson et de la caséine. Les adhésifs synthétiques modernes ont une flexibilité, une ténacité, une vitesse de durcissement, une température et une résistance chimique améliorées.

Types d'adhésifs

Les adhésifs peuvent être classés comme naturels ou synthétiques. Des exemples d'adhésifs naturels sont les résines végétales, les colles de peau et de peau d'animaux et les adhésifs de sources minérales (inorganiques). Des exemples d'adhésifs synthétiques sont les polymères tels que les élastomères, les thermoplastiques et les thermodurcissables. Les adhésifs peuvent également être regroupés selon leurs propriétés, comme suit.

Adhésifs de séchage

Ces adhésifs sont un mélange d'ingrédients (généralement des polymères) dissous dans un solvant. Les colles telles que la colle blanche et les ciments en caoutchouc font partie du adhésif de séchage famille. À mesure que le solvant s'évapore, l'adhésif durcit. Selon la composition chimique de l'adhésif, il adhèrera à différents matériaux dans une plus ou moins grande mesure. Ces adhésifs sont généralement faibles et sont utilisés pour des applications domestiques. Ceux destinés à être utilisés par de jeunes enfants sont rendus non toxiques.

Adhésifs de contact

UNE adhésif de contact en est une qui doit être appliquée sur les deux surfaces et laisser un certain temps - parfois jusqu'à 24 heures - pour sécher avant que les deux surfaces ne soient poussées ensemble.1 Une fois les surfaces réunies, la liaison se forme très rapidement,2 et il n'est généralement pas nécessaire d'appliquer une pression pendant une longue période. En d'autres termes, il n'est souvent pas nécessaire d'utiliser des pinces, ce qui est pratique.

Adhésifs chauds (thermoplastiques)

Aussi appelés adhésifs «hot melt», ces thermoplastiques sont appliqués à chaud et simplement laissés durcir lorsqu'ils refroidissent. Ils sont devenus populaires pour l'artisanat en raison de leur facilité d'utilisation et de la large gamme de matériaux courants auxquels ils peuvent adhérer. Un pistolet à colle est une méthode d'application d'un adhésif chaud. L'adhésif solide fond dans le corps du pistolet et le matériau liquéfié passe à travers le canon du pistolet sur le matériau où il se solidifie.

Adhésifs réactifs

Un adhésif réactif fonctionne par liaison chimique avec le matériau de surface. Il est appliqué sous forme de film mince. Les adhésifs réactifs comprennent l'époxyde, le peroxyde, le silane, l'isocyanate ou les agents de réticulation métalliques en deux parties. Ils sont moins efficaces lorsqu'il existe un objectif secondaire de combler les espaces entre les surfaces.

Ces adhésifs sont fréquemment utilisés pour empêcher le desserrage des boulons et des vis dans les ensembles se déplaçant rapidement, tels que les moteurs d'automobiles. Ils sont en grande partie responsables du fonctionnement silencieux des moteurs de voitures modernes.

Adhésifs sensibles à la pression

Les adhésifs sensibles à la pression (PSA) forment une liaison par l'application d'une légère pression pour lier l'adhésif à l'adhérent (substrat pour la fixation). Ils sont conçus avec un équilibre entre l'écoulement et la résistance à l'écoulement. La liaison se forme parce que l'adhésif est suffisamment mou pour couler et «mouiller» l'adhérent. La liaison a une résistance car l'adhésif est suffisamment dur pour résister à l'écoulement lorsqu'une contrainte est appliquée à la liaison. Une fois l'adhésif et l'adhérent à proximité, les interactions entre leurs molécules contribuent de manière significative à la force ultime de la liaison. Les PSA sont fabriqués avec un support liquide ou sous forme complètement solide.

Les PSA sont conçus pour des applications permanentes ou amovibles. Des exemples d'applications permanentes comprennent les étiquettes de sécurité pour les équipements électriques, le ruban adhésif pour les conduits de CVCA, l'assemblage de garnitures intérieures automobiles et les films d'amortissement du son / des vibrations. Certains PSA permanents hautes performances peuvent supporter des kilogrammes de poids par centimètre carré de surface de contact, même à des températures élevées. Les messages d'intérêt public permanents peuvent être initialement amovibles (comme pour récupérer des marchandises mal étiquetées) et fixés à une caution permanente après plusieurs heures ou jours.

Les PSA amovibles sont conçus pour former une liaison temporaire et peuvent idéalement être retirés après des mois ou des années sans laisser de résidu sur l'adhérent. Ils sont utilisés dans des applications telles que les films de protection de surface, les rubans de masquage, les papiers pour signets et notes, les étiquettes de marquage des prix et les supports graphiques promotionnels. Le film plastique présente également des propriétés adhésives temporaires. Dans les applications médicales, ils sont utilisés dans les cas où un contact avec la peau doit être établi, comme pour les pansements de soin des plaies, les électrodes d'électrocardiogramme, le ruban athlétique et les patchs médicamenteux analgésiques et transdermiques. Certains adhésifs amovibles sont conçus pour coller et décoller à plusieurs reprises. Ils ont une faible adhérence et ne supportent généralement pas beaucoup de poids.

Mécanismes d'adhésion

Gouttelettes d'eau adhérant aux feuilles

La force de fixation entre un adhésif et son substrat dépend de nombreux facteurs, y compris le mécanisme par lequel cela se produit et la surface sur laquelle les deux matériaux entrent en contact. Les matériaux qui se mouillent ont généralement une plus grande surface de contact que ceux qui n'en ont pas. Cinq mécanismes ont été proposés pour expliquer pourquoi un matériau adhère à un autre.

Les gouttes de rosée adhèrent à une toile d'araignée

Adhérence mécanique

Deux matériaux peuvent être verrouillés mécaniquement, par exemple lorsque l'adhésif pénètre dans les petits pores des matériaux. Certains adhésifs textiles forment des liaisons à petite échelle. À des niveaux plus importants, des liaisons mécaniques peuvent être formées par la couture ou l'utilisation de velcro.

Adhésion chimique

Deux matériaux peuvent former un composé à la jointure. Les jointures les plus fortes sont celles où les atomes des deux matériaux échangent des électrons (dans le cas de liaisons ioniques) ou partagent des électrons (dans le cas de liaisons covalentes). Des liaisons plus faibles (appelées liaisons hydrogène) se forment si les atomes d'oxygène, d'azote ou de fluor des deux matériaux partagent un noyau d'hydrogène.

Adhérence dispersive

Dans l'adhérence dispersive (également connue sous le nom d'adsorption), deux matériaux sont maintenus ensemble par ce que l'on appelle les «forces de van der Waals». Ce sont des interactions faibles (mais nombreuses) entre les molécules des matériaux, résultant de mouvements ou de déplacements d'électrons au sein des molécules.

Adhésion électrostatique

Certains matériaux conducteurs peuvent passer des électrons pour former une différence de charge électrique à la jonction. Cela donne naissance à une structure similaire à un condensateur et crée une force électrostatique attrayante entre les matériaux.

Adhésion diffuse

Certains matériaux peuvent fusionner au niveau du joint par diffusion. Cela peut se produire lorsque les molécules des deux matériaux sont mobiles et solubles l'une dans l'autre. Cela serait particulièrement efficace avec les chaînes de polymère, où une extrémité d'une molécule d'un matériau diffuse dans les molécules de l'autre matériau. C'est aussi le mécanisme impliqué dans le frittage. Lorsque des poudres métalliques ou céramiques sont pressées ensemble et chauffées, les atomes peuvent diffuser d'une particule à l'autre, joignant ainsi les particules ensemble.

Fracturation du joint adhésif

Le joint adhésif peut se rompre à différents endroits

Lorsqu'une charge est placée sur des matériaux maintenus ensemble par un adhésif, le joint adhésif peut se rompre. Il existe plusieurs types principaux de fractures, comme suit.

  • Fracture cohésive: Une fracture "cohésive" se forme si une fissure se propage dans le polymère en vrac qui constitue l'adhésif. Dans ce cas, les surfaces des deux adhérents seront recouvertes d'adhésif fracturé. La fissure peut se propager près du centre de la couche ou près d'une interface.
  • Fracture interfaciale: La fracture est dite «adhésive» ou «interfaciale» lorsque la séparation se produit à l'interface entre l'adhésif et l'adhérent. Le caractère interfacial d'une surface de fracture est généralement détecté par inspection visuelle, mais des techniques avancées de caractérisation de surface (comme la spectrophotométrie) permettent de localiser la fissure avec précision.
  • Fracture mixte: il s'agit d'un cas dans lequel la fissure se propage à certains endroits de manière «cohésive» et dans d'autres zones de manière «interfaciale».
  • Fracture alternée du chemin des fissures: dans ce cas, les fissures sautent d'une interface à l'autre. Ce type de fracture apparaît en présence de précontraintes de traction dans la couche adhésive.

Dans certains cas, l'adhérent (substrat) peut se rompre tandis que l'adhésif, plus dur, peut rester intact.

Prenons quelques exemples de différents types de fractures. Lorsque l'on enlève une étiquette de prix attachée à un produit, l'adhésif reste généralement partiellement sur l'étiquette et partiellement sur la surface du produit. Il s'agit d'un cas de défaillance cohésive. Si, cependant, une couche de papier reste collée à la surface, l'adhésif n'a pas échoué, mais la rupture s'est produite dans l'un des substrats. Un exemple de défaillance de l'adhésif est lorsque quelqu'un démonte un cookie Oreo et que toute la garniture reste sur un côté.

Exemples de colles

Historiquement, le terme "colle" faisait référence aux colloïdes protéiques préparés à partir de tissus animaux. La signification a été étendue à toute substance semblable à de la colle utilisée pour attacher un matériau à un autre. Voici quelques exemples d'adhésifs communément appelés colles.

Un tube de super glue
  • Cyanoacrylate (noms de marque Super Glue, Krazy Glue)
  • Colle de caséine (colle protéique)
  • Gomme de timbre-poste
  • Colles de ciment:
    • Ciment de contact
    • Ciment caoutchouc
    • Ciment de pyroxyline
    • Ciment plastique (techniquement un solvant, pas une colle)
  • Colles de résine:
    • Résines époxydes
    • Résine acrylique
    • Résine phénol formaldéhyde
    • Acétate de polyvinyle (PVA), y compris la colle blanche (comme la colle d'Elmer) et la colle de menuisier jaune (résine aliphatique)
    • Bâtons de colle (PVP (polyvinyl pyrrolidone) ou PVA)
    • Résine de polyester
    • Résine de résorcinol
    • Colle à base d'urée-résine (résine plastique)
    • Résine urée-formaldéhyde
  • Baume du Canada
  • Pâtes:
    • Pâtes au latex
  • Colles végétales:
    • Mucilage
    • Colle d'amidon
    • Colle de soja
    • Pâte de tapioca (communément appelée "colle végétale")
  • Colles animales:
    • Masquer la colle (versions en flocons et liquide)
    • Colle osseuse
    • Colle de poisson
    • Colle de peau de lapin
    • Cheval
    • Colle pour sabots
  • Colle thermofusible
    • Thermofusible en polyéthylène
  • Acrylonitrile
  • Nitrate de cellulose
  • Combo en latex
  • Base en néoprène
  • Polysulfure
  • Polyuréthane
  • Chlorure de polyvinyle (PVC)
  • Base en caoutchouc
  • Base en silicone
  • Colle d'albumine
  • Adhésif céramique
  • Colle ultraviolette

Remarques

  1. ↑ Adhésifs de contact ThisToThat. Récupéré le 16 août 2018.
  2. ↑ Quelles sont certaines des utilisations du ciment de contact? HowSTuffWorks. Récupéré le 16 août 2018.

Les références

  • Comyn, John. Science de l'adhésion. Livres de poche de la Royal Society of Chemistry, 1997. ISBN 0854045430
  • Kinloch, A. J. Adhésion et adhésifs: science et technologie. Chapman et Hall, 1987. Nouvelle édition, 2001. Springer. ISBN 041227440X
  • Veslovsky, Roman A. et. Vladimir. N. Kestelman. Adhésion des polymères. New York: McGraw-Hill Professional, 2001. ISBN 0071370455

Liens externes

Tous les liens ont été récupérés le 23 novembre 2019.

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