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Comment fonctionne la colle adhésive ?

Adhésif de construction robuste sans colle sans ongles

Colle Adhésive

La colle est une substance adhésive qui aide à lier les matériaux entre eux. On peut le trouver naturellement ou le produire synthétiquement. Les humains utilisent de la colle depuis des millénaires, à commencer par les Néandertaliens qui utilisaient du goudron de bouleau pour fixer des outils sur des manches en bois.

Les adhésifs thermofusibles sont polyvalents, sèchent rapidement et sont durables. Ils peuvent également créer des sceaux inviolables et sont souvent abordables.

Une liaison chimique

Les colles et adhésifs sont utilisés dans une grande variété d’applications. Ils sont généralement appliqués sur deux surfaces qui doivent être assemblées et reposent sur une combinaison de forces pour les maintenir en place. Ces forces incluent la cohésion et l’adhésion. Pour créer un lien fort, il est important de comprendre comment ces forces fonctionnent. Il existe trois types différents de liaisons que les colles peuvent former : mécaniques, chimiques et Van der Waals. Chaque type de liant possède ses propres caractéristiques et propriétés qui le rendent plus ou moins adapté à une application particulière.

Généralement, le type d’adhésif le plus résistant et le plus durable est l’adhésif chimique. En effet, il modifie la structure chimique de la surface à laquelle il se lie, en les fusionnant. Ce type de colle est habituellement utilisé dans le secteur du bâtiment et par les professionnels. Cependant, il peut être difficile à utiliser dans certaines situations car il nécessite une surface spécifique à laquelle adhérer. Si la surface est trop rugueuse, cela empêchera l’adhésif d’y adhérer. De plus, les contaminants présents sur la surface peuvent contrecarrer le mouillage de l'adhésif par le substrat. Afin de réduire ces problèmes, il est conseillé de prétraiter la surface avant d'appliquer l'adhésif.

Les adhésifs chimiques sont également les plus polyvalents, car ils peuvent être utilisés dans une grande variété d’applications. Ceux-ci incluent l’assemblage industriel, les revêtements de surface et les adhésifs structurels. Ils peuvent également être utilisés pour lier des matériaux différents et sont utilisés pour des applications composites. De nombreux adhésifs modernes sont des dérivés pétrochimiques à base de carbone et sont utilisés pour lier divers matériaux, notamment les métaux.

Les colles sont composées d'agents liants, d'additifs et de solvants. Les liants sont des solides qui doivent être dissous dans des solvants pour devenir gérables. Ces solvants sont généralement l'acétone, l'alcool à point d'ébullition, l'acétate de méthyle et la méthyléthylcétone (MEK). Il existe également des colles qui ne nécessitent aucun solvant et sont dites « sans solvant ». Les colles contenant des solvants peuvent être dangereuses à utiliser et doivent être tenues hors de portée des enfants et des sources d'inflammation. Lors de leur utilisation, il est conseillé de porter des lunettes de sécurité et de suivre attentivement les instructions sur l'étiquette.

Liaison mécanique

Les colles sont très utiles pour relier différentes surfaces entre elles. Ils sont utilisés dans une grande variété d’applications, depuis les simples réparations domestiques jusqu’aux constructions industrielles complexes. Cependant, les processus sous-jacents aux colles adhésives peuvent sembler complexes et mystérieux. En effet, les adhésifs sont en réalité un mélange complexe de modifications chimiques qui se produisent au niveau microscopique. La résistance et la durabilité des liaisons collées dépendent des trois principaux types de liaison : l’adhésion, la cohésion et l’emboîtement mécanique.

Les adhésifs sont généralement créés avec des polymères, qui sont de grandes chaînes moléculaires qui se lient facilement à d'autres substances et créent des liaisons solides. De nombreuses colles courantes sont composées d'eau, ce qui permet d'éviter que l'adhésif ne durcisse immédiatement. Cela permet à la colle de pénétrer dans les pores du substrat et de la surface sur laquelle elle est appliquée. L'adhésif forme ensuite une liaison avec la surface de chaque substrat, appelée liaison imbriquée. En plus d'un verrouillage mécanique, les adhésifs peuvent également fournir de l'élasticité et amortir les vibrations.

Un certain nombre de facteurs peuvent affecter la qualité d’un lien adhésif, notamment sa température, son humidité et sa composition chimique. Ces conditions environnementales peuvent affecter les interactions moléculaires entre l’adhésif et le substrat, ce qui peut avoir un effet néfaste sur la liaison. De plus, la viscosité de l'adhésif peut également être affectée par ces facteurs. Par conséquent, le processus de fabrication doit tenir compte de ces facteurs lors du choix d’un adhésif.

L’une des colles les plus courantes est la colle chaude, basée sur la fusion et le refroidissement de polymères pour créer des liaisons. Il est disponible avec des points de fusion bas et élevés et peut être utilisé pour coller une large gamme de matériaux, y compris des matériaux poreux et non poreux. Son utilisation est simple, mais nécessite une manipulation soigneuse. Il est important de suivre les procédures appropriées avant d'appliquer de la colle chaude, et elle ne doit être utilisée que par des personnes ayant reçu une formation formelle.

Les colles peuvent être créées en utilisant des produits chimiques ou naturels tels que des gommes et des protéines animales. Généralement, la liaison chimique est plus forte que la liaison mécanique et peut être plus durable que les attaches métalliques. Cependant, il peut être sensible à la déformation thermique et aux contraintes. Il est donc essentiel de choisir un adhésif approprié pour chaque application.

Collage de Van der Waals

Les colles que nous utilisons pour coller les matériaux se présentent sous diverses formes. Mais malgré leurs nombreuses différences, ils s’appuient tous sur certains processus moléculaires pour lier les matériaux au niveau de la surface. L'adhésion qu'ils créent est forte, durable et résistante aux produits chimiques et à la chaleur. Mais comment font-ils ? Examinons de plus près les différents types de mécanismes de collage.

Le premier et le plus basique type de collage par colle implique les forces de Van der Waals. Ces forces sont produites par des dipôles temporaires créés dans les nuages ​​électroniques des molécules. Ces forces amènent les molécules adhésives à s’attirer les unes les autres, formant ainsi un lien faible entre elles. Ces forces sont responsables de la majorité des propriétés adhésives de la plupart des colles, notamment le mouillage et la pénétration dans les petits espaces et pores.

Selon le type de surface, ces forces peuvent être renforcées par les interactions des groupes polaires, ce qui entraîne des liaisons plus fortes. Cependant, la plupart des surfaces ont intrinsèquement une faible polarité et doivent être traitées ou apprêtées afin d’augmenter leur polarité et permettre aux liquides de les mouiller facilement.

Certains types de colle forment également des liaisons covalentes avec les surfaces auxquelles elles adhèrent, ce qui se traduit par des propriétés adhésives beaucoup plus fortes et plus durables. Ces liaisons chimiques sont formées en faisant réagir la colle avec un produit chimique présent à la surface du matériau à coller. Cette réaction se déroule dans des conditions contrôlées pour garantir que les liaisons formées sont robustes et durables.

Les colles biomédicales doivent pouvoir atteindre des niveaux d’adhésion élevés tout en permettant des processus de remodelage des tissus en cicatrisation. Pour ce faire, les chercheurs ont développé une colle à base de protéines présentant une haute résistance à la traction et une bonne adhérence sur les substrats durs et mous. La force d’adhérence est comparable à celle de la supercolle cyanoacrylate commerciale et supérieure à celle des autres colles à base de protéines.

Un autre aspect important d'une colle est sa capacité à sécher rapidement, ce qui lui permet d'être utilisée dans des situations où le matériau à coller ne peut pas être serré. Ce type de colle utilise un solvant pour l'empêcher de sécher pendant son application, puis s'évapore au fur et à mesure que la colle durcit.

Interdiffusion

Dans ce type de collage, l'adhésif pénètre dans les pores de la surface à adhérer ou autour des saillies de la surface et est chimiquement lié au matériau. Il peut être très résistant et est utilisé dans certains types de construction. Ce type d’adhésion est généralement utilisé dans les colles à bois, mais on le retrouve également dans les plastiques et le verre. Cependant, ce type d’adhésif ne fonctionne pas bien dans les zones à fortes contraintes et est généralement réservé aux petites réparations.

Plusieurs facteurs influencent l’efficacité d’une colle ou d’un adhésif pour une application particulière. Outre la structure chimique de la colle, les conditions de surface doivent être adaptées au collage. La taille du substrat et les exigences standards ou de qualité doivent également être prises en compte. Le coût de l’adhésif, du matériel de distribution et de durcissement ainsi que de la main d’œuvre sont également des considérations importantes.

La capacité de l'adhésif à pénétrer dans la surface du substrat est cruciale pour une bonne adhérence. Ceci est fonction du pouvoir mouillant de l'adhésif et de la compatibilité de ses groupes moléculaires avec ceux du substrat. Le prétraitement de la surface peut contribuer à améliorer la capacité mouillante de l'adhésif. Il peut également être utilisé pour éliminer les contaminants qui interfèrent avec le processus d’adhésion.

Les colles sont constituées de divers matériaux, notamment des protéines animales, des amidons et des molécules synthétiques. Certains sont à base d’eau, tandis que d’autres sont à base de solvants. Il existe également des colles à pression et des thermofusibles. Les colles cellulosiques les plus courantes sont fabriquées à partir d'albumine sérique, un composant sanguin qui peut être extrait du sang frais ou séché et mélangé avec un alcali pour améliorer ses propriétés adhésives. D'autres colles cellulosiques comprennent la dextrine et l'amidon, qui sont dérivés de plantes.

Il existe de nombreux types de colles, et chacune présente ses propres avantages. Certains sont plus solides que d’autres, tandis que d’autres peuvent mieux gérer certains types de surfaces. Certaines colles peuvent même être dissoutes dans l’eau ou l’alcool, ce qui les rend plus polyvalentes. La chose la plus importante à retenir lors du choix d’une colle est de choisir celle qui convient à vos besoins. Il n’existe pas de colle universelle, mais vous pouvez trouver celle qui convient le mieux à chaque travail en tenant compte de ses caractéristiques et de ses utilisations.