Exercice corrigé Ancien programme

Colles et adhésifs

On nomme colle ou adhésif une substance qui permet de fixer deux surfaces l'une par rapport à l'autre. Une colle est un produit obtenu à partir de substances naturelles et un adhésif est synthétique.

Pour réaliser un bon collage, l'adhésif (ou la colle) doit se fixer sur les deux surfaces qui sont en vis-à-vis et, une fois « sec », il doit former un lien le plus rigide possible.

L'« accroche » sur le support se fait en général au moyen de liaisons ioniques ou covalentes. On peut aussi rencontrer des liaisons de type hydrogène : elles doivent alors être en très grand nombre pour que la fixation soit satisfaisante.

Dans tous les cas, l'adhésif doit pouvoir bien s'étaler sur le support, on dit qu'il mouille bien la surface à encoller. Si du gras où des salissures sont présents, la tension superficielle (quantité qui caractérise le pouvoir mouillant) augmente ce qui nuit au bon étalement. Au contraire, un tensioactif va abaisser la tension superficielle et permettre un meilleur étalement.

Les adhésifs (ou les colles) sont souvent des polymères : ils se rigidifient par évaporation du solvant. Dans certains cas c'est l'évaporation du solvant qui provoque la polymérisation : dans ce cas la colle est au départ formée de monomères. Enfin, certains adhésifs présentent 2 constituants : c'est leur mélange qui provoquera la polymérisation et la rigidification.

Prenons l'exemple d'un adhésif à base de silanol (pour coller deux plaques de verre). En présence d'humidité on obtient le silanol :

A peut être un groupe amine ou hydroxyle.

On peut décrire les différentes étapes du collage ainsi :

  •  adsorption de l'adhésif sur le verre au moyen de liaisons hydrogènes 

  •  des liaisons hydrogènes se forment entres les molécules d'adhésif 

  •  il y a polymérisation par condensation (élimination d'eau entre chaque molécule impliquée) 

  •  les deux surfaces à coller ont subi le même traitement, des liaisons permettent le collage des deux surfaces.

On peut classifier les différents types de colles (ou adhésifs) :

  •  Collage par évaporation du solvant eau : colles à base de protéines (collagène), d'amidon ou d'urée. Ces colles servent pour le papier, papier peint, certains bois.
  •  Collage par évaporation d'un solvant non aqueux (esters, cétones) : colles polyuréthane, polyacétate de vinyle, caoutchouc… Ces colles sont utilisées pour le bois, le cuir, le plastique ou les mousses rigides.
  •  Adhésifs thermoplastiques : à base de polyamides et polyesters. Le polymère est chauffé (il est mou), il est alors étalé, en se refroidissant il redevient rigide. Ce type de colles sert dans l'industrie textile, les emballages...
  •  Adhésifs à durcissement chimique : en général ils présentent deux composants, une résine et un durcisseur. Ils sont utilisés pour coller le verre (pare brise), certains plastiques (PVC), mais aussi la céramique, le marbre et le métal.
  •  Adhésifs monocomposant : de type cyanoacrylique (Super Glue par exemple) ou de type polysilane, silanol, ou bien encore à base de silicone (polysiloxanes). Dans tous les cas il y a polymérisation lors du durcissement. Cet ensemble de colles est utilisé pour le verre, les joints d'étanchéité, les joints élastiques.

1. Que peut-on dire des propriétés collantes d'un papier « Post-it » ? Cela entre-t-il dans le cadre décrit dans l'exercice ?

2. Rappeler ce que sont, dans le cas de la colle type silanol, les groupe hydroxyle et amine.

3. Quelles sont les précautions à prendre avant de coller deux surfaces ? Justifier.

4. On passe souvent du papier de verre avant de coller deux surfaces. Pourquoi ?

5. Quels sont les produits permettant la fabrication des colles à base de collagène ?

6. Quels paramètres physiques peuvent fragiliser le collage de deux surfaces ? Pourquoi ?

Certaines notions de chimie du tronc commun seront utiles : fonctions organiques, polymères (chapitre 14), paramètres cinétiques (chapitre 7).

1. Un Post-it est un papier enduit d'un adhésif mais que l'on peut décoller et recoller plusieurs fois. C'est donc un adhésif qui ne colle pas définitivement deux surfaces qui d'ailleurs sont différentes (papier/métal par exemple). La problématique est donc légèrement différente de celle présentée dans l'exercice.

2. Le groupe hydroxyle est le groupe chimique alcool , et le groupe amine est le groupe .

3. L'adhésif doit d'abord être étalé correctement, on doit donc nettoyer (au savon par exemple) les deux surfaces en regard. On diminue ainsi la tension superficielle et l'adhésif s'étalera d'autant mieux. Ensuite on peut aussi poncer avant de nettoyer, ce qui va augmenter le nombre de microcavités, ce qui permettra à la colle de mieux adhérer au niveau microscopique.

4. L'usage du papier de verre augmente le nombre de microcavités, et cela accroît l'adhésion sur la surface à encoller.

5. Les protéines animales (issues de peau et d'os) permettent la fabrication de colle à base de collagène.

6. Une augmentation de température peut fragiliser le polymère ou changer ses propriétés, réduisant ainsi le pouvoir collant. L'humidité peut aussi dans certains cas altérer le collage en changeant le polymère.

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