Les adhésifs naturels sont couramment utilisés dans notre vie quotidienne. Selon les sources, on distingue trois catégories : les colles animales, végétales et minérales. Les colles animales comprennent la colle de peau, la colle d'os, la gomme laque, la colle de caséine, la colle d'albumine, la colle de vessie natatoire, etc. ; les colles végétales incluent l'amidon, la dextrine, la colophane, la gomme arabique, le caoutchouc naturel, etc. ; les colles minérales comprennent la cire minérale, le bitume, etc. Grâce à l'abondance de leurs ressources, leur faible coût et leur faible toxicité, elles sont largement utilisées dans la fabrication de meubles, la reliure, l'emballage et l'artisanat.
Adhésif à base d'amidon
Avec l'avènement des adhésifs à base d'amidon au XXIe siècle, leurs performances environnementales avantageuses deviendront un atout majeur. L'amidon est une ressource naturelle renouvelable, non toxique, inoffensive, économique, biodégradable et respectueuse de l'environnement. Il est largement utilisé dans divers secteurs industriels. Ces dernières années, les technologies de production d'adhésifs à l'échelle mondiale ont évolué vers des solutions économes en énergie, à faible coût, non nocives, à haute viscosité et sans solvant.
En tant que produit écologique, l'adhésif à base d'amidon a suscité un vif intérêt dans l'industrie des adhésifs. Concernant ses applications et son développement, les adhésifs à base d'amidon de maïs oxydé présentent un potentiel prometteur et font l'objet de nombreuses recherches et applications.
Récemment, l'amidon est principalement utilisé comme adhésif dans le papier et les produits en papier, tels que le scellage et l'étiquetage des cartons, le collage de plans, le collage d'enveloppes, le collage de sacs en papier multicouches, etc.
Plusieurs adhésifs à base d'amidon courants sont présentés ci-dessous :
Adhésif à base d'amidon oxydé
Le gélatiniseur, préparé à partir d'un mélange d'amidon modifié à faible degré de polymérisation contenant des groupes aldéhyde et carboxyle et d'eau, sous l'action d'un oxydant par chauffage ou gélatinisation à température ambiante, est un adhésif à base d'amidon chargé. Après oxydation, l'amidon oxydé présente des propriétés de solubilité dans l'eau, de mouillabilité et d'adhérence.
La faible quantité d'oxydant entraîne une oxydation insuffisante, ce qui réduit la quantité totale de nouveaux groupes fonctionnels générés par l'amidon. La viscosité de l'adhésif augmente, sa viscosité initiale diminue et sa fluidité est médiocre. Ceci a une influence importante sur l'acidité, la transparence et la teneur en groupes hydroxyle de l'adhésif.
Avec la prolongation du temps de réaction, le degré d'oxydation augmente, la teneur en groupes carboxyle augmente et la viscosité du produit diminue progressivement, tandis que sa transparence s'améliore de plus en plus.
Adhésif à base d'amidon estérifié
Les adhésifs à base d'amidon estérifié sont des adhésifs non dégradables. L'estérification des groupes hydroxyle des molécules d'amidon avec d'autres substances confère à l'amidon de nouveaux groupements fonctionnels, améliorant ainsi ses performances. Grâce à la réticulation partielle de l'amidon estérifié, la viscosité est accrue, la stabilité au stockage est améliorée, les propriétés hydrofuges et antivirales sont renforcées, et la couche adhésive résiste aux variations de pression et aux contraintes mécaniques.
Adhésif d'amidon greffé
Le greffage de l'amidon consiste à utiliser des méthodes physiques et chimiques pour que la chaîne moléculaire de l'amidon génère des radicaux libres. Au contact de monomères polymères, une réaction en chaîne se forme, créant ainsi une chaîne latérale composée de monomères polymères sur la chaîne principale d'amidon.
Tirant parti de la propriété des groupes hydroxyle présents dans les molécules de polyéthylène et d'amidon, des liaisons hydrogène peuvent se former entre l'alcool polyvinylique et les molécules d'amidon, jouant ainsi le rôle de « greffage » entre ces dernières, de sorte que l'adhésif à base d'amidon obtenu présente une meilleure adhérence, une plus grande fluidité et de meilleures propriétés antigel.
L'adhésif à base d'amidon, polymère naturel, est peu coûteux, non toxique, inodore et respectueux de l'environnement, ce qui explique son large intérêt et ses nombreuses applications. On l'utilise principalement aujourd'hui dans la fabrication de papier, de tissus en coton, d'enveloppes, d'étiquettes et de carton ondulé.
Adhésif cellulosique
Les dérivés d'éther de cellulose utilisés comme adhésifs comprennent principalement la méthylcellulose, l'éthylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose, la carboxyméthylcellulose et d'autres éthylcelluloses (EC) : est un éther alkylique de cellulose thermoplastique, insoluble dans l'eau et non ionique.
Il présente une bonne stabilité chimique, une forte résistance aux alcalis, d'excellentes propriétés d'isolation électrique et de rhéologie mécanique, et conserve sa résistance et sa flexibilité à hautes et basses températures. Il est facilement compatible avec la cire, la résine, les plastifiants, etc., et entre dans la composition de matériaux tels que le papier, le caoutchouc, le cuir et les adhésifs pour textiles.
Méthylcellulose (CMC)L'éther de cellulose ionique (CMC) est utilisé dans l'industrie textile comme agent d'encollage, en remplacement de l'amidon de haute qualité. Les textiles enduits de CMC gagnent en douceur et leurs propriétés d'impression et de teinture s'en trouvent grandement améliorées. Dans l'industrie alimentaire, les crèmes glacées enrichies en CMC présentent une excellente tenue, une coloration aisée et une texture ferme. En tant qu'adhésif, il sert à la fabrication de pinces, de boîtes et de sacs en papier, de papier peint et de bois reconstitué.
ester de celluloseDérivés : principalement la nitrocellulose et l’acétate de cellulose. Nitrocellulose : également connue sous le nom de nitrate de cellulose, sa teneur en azote se situe généralement entre 10 % et 14 % en raison de différents degrés d’estérification.
La version à forte teneur en éthanol est communément appelée coton ignifuge, utilisé dans la fabrication de poudres sans fumée et colloïdales. La version à faible teneur est communément appelée collodion. Insoluble dans l'eau, elle est soluble dans un mélange d'éthanol et d'éther, la solution obtenue étant du collodion. Grâce à l'évaporation du solvant, le collodion forme un film résistant, ce qui explique son utilisation fréquente pour les bouchons de bouteilles, la protection des plaies et la fabrication du premier celluloïd plastique de l'histoire.
Si l'on ajoute une quantité appropriée de résine alkyde comme modificateur et une quantité appropriée de camphre comme agent de renforcement, on obtient un adhésif nitrocellulosique, souvent utilisé pour coller du papier, du tissu, du cuir, du verre, du métal et de la céramique.
Acétate de cellulose : également appelé acétate de cellulose. En présence d’un catalyseur d’acide sulfurique, la cellulose est acétique avec un mélange d’acide acétique et d’éthanol, puis de l’acide acétique dilué est ajouté pour hydrolyser le produit jusqu’au degré d’estérification souhaité.
Comparé à la nitrocellulose, l'acétate de cellulose permet de formuler des adhésifs à base de solvants pour coller des produits en plastique tels que des verres et des jouets. Comparé au nitrate de cellulose, il présente une excellente résistance à la viscosité et une grande durabilité, mais une faible résistance aux acides, à l'humidité et aux intempéries.
colle protéique
Les adhésifs protéiques sont des adhésifs naturels dont la matière première principale est constituée de substances protéiques. Ils peuvent être fabriqués à partir de protéines animales ou végétales. Selon la protéine utilisée, on distingue les adhésifs à base de protéines animales (colle de fenugrec, gélatine, colle protéique complexe et albumine) et ceux à base de protéines végétales (gomme de soja, etc.). Ils présentent généralement une forte adhérence à l'état sec et sont utilisés dans la fabrication de meubles et de produits en bois. Cependant, leur résistance à la chaleur et à l'eau est faible, ce qui est plus important pour les adhésifs à base de protéines animales.
Colle à base de protéines de soja : Les protéines végétales ne sont pas seulement une matière première alimentaire importante, mais elles ont également de nombreuses applications dans des domaines non alimentaires. Dès 1923, Johnson déposa un brevet pour des adhésifs à base de protéines de soja.
En 1930, l'adhésif pour panneaux à base de résine phénolique de protéine de soja (DuPont Mass Division) n'était pas largement utilisé en raison de sa faible force de collage et de son coût de production élevé.
Ces dernières décennies, l'expansion du marché des adhésifs, l'acidification des ressources pétrolières mondiales et la pollution environnementale ont attiré l'attention, ce qui a incité l'industrie des adhésifs à reconsidérer les nouveaux adhésifs naturels, faisant des adhésifs à base de protéines de soja un sujet de recherche de plus en plus important.
La colle à base de soja est non toxique, inodore et facile d'utilisation, mais sa résistance à l'eau est faible. L'ajout de 0,1 % à 1 % (en masse) d'agents de réticulation tels que la thiourée, le sulfure de carbone ou le sulfure de tricarboxyméthyle permet d'améliorer sa résistance à l'eau et de fabriquer des colles adaptées au collage du bois et à la production de contreplaqué.
Colles à base de protéines animales : Ces colles sont largement utilisées dans l’industrie du meuble et du bois. Elles servent notamment à la fabrication de meubles (chaises, tables, armoires), de maquettes, de jouets, d’articles de sport et de jeux de construction.
Les colles liquides animales de nouvelle génération, à teneur en matières solides de 50 à 60 %, comprennent des colles à prise rapide et à prise lente. Elles sont utilisées pour le collage des panneaux de cadres d'armoires en panneaux de fibres de bois, l'assemblage de maisons mobiles, les stratifiés difficiles à travailler et d'autres matériaux thermiques moins coûteux. Elles conviennent également aux applications nécessitant un collage dans des conditions de petite et moyenne envergure.
La colle animale est un type d'adhésif de base utilisé dans les rubans adhésifs. Ces rubans peuvent servir à la fabrication de sacs légers pour le commerce de détail, ainsi qu'à des applications plus exigeantes comme le scellage ou l'emballage de boîtes en carton ondulé et en fibres solides pour les expéditions nécessitant des opérations mécaniques rapides et une forte adhérence durable.
Actuellement, la quantité de colle osseuse est importante et la colle cutanée est souvent utilisée seule ou en association avec la colle osseuse. Selon Coating Online, l'adhésif utilisé est généralement formulé avec une teneur en matières solides d'environ 50 % et peut être mélangé à de la dextrine à raison de 10 à 20 % de la masse de colle sèche, ainsi qu'à une petite quantité d'agent mouillant, de plastifiant et d'inhibiteur de gélification (le cas échéant).
L'adhésif (60 à 63 °C) est généralement mélangé à la peinture sur le support papier, et la quantité de matière solide déposée représente généralement 25 % de la masse du support papier. Le ruban adhésif humide peut être séché sous tension à l'aide de rouleaux chauffés à la vapeur ou de réchauffeurs à air pulsé réglables.
De plus, les applications de la colle animale comprennent la fabrication de papier de verre et de gazes abrasives, l'encollage et le revêtement des textiles et du papier, ainsi que la reliure des livres et des magazines.
Adhésif tannique
Le tanin est un composé organique contenant des groupes polyphénoliques, présent en abondance dans la tige, l'écorce, les racines, les feuilles et les fruits des plantes. Il provient principalement des déchets d'écorce issus du traitement du bois et des plantes à forte teneur en tanin. Le tanin, le formaldéhyde et l'eau sont mélangés et chauffés pour obtenir la résine de tanin. On ajoute ensuite l'agent de durcissement et la charge, et on obtient l'adhésif à base de tanin par agitation homogène.
L'adhésif à base de tanin présente une bonne résistance au vieillissement thermique et humide, et ses performances de collage du bois sont similaires à celles des adhésifs phénoliques. Il est principalement utilisé pour le collage du bois, etc.
adhésif à la lignine
La lignine est l'un des principaux composants du bois, représentant environ 20 à 40 % de sa masse, juste après la cellulose. Son extraction directe du bois est difficile ; la principale source est le liquide résiduel de la production de pâte à papier, extrêmement riche en ressources.
La lignine n'est pas utilisée seule comme adhésif, mais un polymère de résine phénolique, obtenu par l'action du groupe phénolique de la lignine et du formaldéhyde, sert d'adhésif. Pour améliorer la résistance à l'eau, il peut être combiné à de l'isocyanate époxy isopropane cyclique, du styrène phénol, du résorcinol et d'autres composés. Les adhésifs à base de lignine sont principalement utilisés pour le collage du contreplaqué et des panneaux de particules. Cependant, leur viscosité élevée et leur couleur foncée nécessitent des améliorations pour élargir leur champ d'application.
gomme arabique
La gomme arabique, également appelée gomme d'acacia, est un exsudat issu du caroubier. Elle doit son nom à son abondance dans les pays arabes. La gomme arabique est principalement composée de polysaccharides de faible masse moléculaire et de glycoprotéines d'acacia de masse moléculaire plus élevée. Grâce à sa bonne solubilité dans l'eau, sa formulation est très simple et ne nécessite ni chaleur ni accélérateur. La gomme arabique sèche extrêmement vite. Elle peut être utilisée pour le collage de lentilles optiques, de timbres, d'étiquettes, d'emballages alimentaires, ainsi que comme auxiliaire d'impression et de teinture.
Adhésif inorganique
Les adhésifs formulés à partir de substances inorganiques, telles que les phosphates, les sulfates, les sels de bore, les oxydes métalliques, etc., sont appelés adhésifs inorganiques. Leurs caractéristiques :
(1) Résistance aux hautes températures, peut supporter des températures de 1000 ℃ ou plus :
(2) Bonnes propriétés anti-âge :
(3) Faible retrait
(4) Grande fragilité. Le module d'élasticité est un ordre de grandeur supérieur à celui des adhésifs organiques :
(5) La résistance à l'eau, aux acides et aux alcalis est faible.
Le saviez-vous ? Les adhésifs ont d'autres usages que celui de coller.
Protection contre la corrosion : Les tuyaux de vapeur des navires sont généralement recouverts de silicate d’aluminium et d’amiante pour assurer l’isolation thermique, mais en raison de fuites ou d’alternances de froid et de chaleur, de la condensation se forme et s’accumule sur la paroi extérieure des tuyaux de vapeur inférieurs ; et ces tuyaux étant exposés longtemps à des températures élevées, la corrosion de leur paroi extérieure par les sels solubles est très importante.
À cette fin, les adhésifs à base de silicate de sodium peuvent servir de revêtement sur la couche inférieure de silicate d'aluminium afin de former un revêtement à l'aspect émaillé. Lors de l'installation mécanique, les composants sont souvent boulonnés. Une exposition prolongée à l'air des éléments boulonnés peut entraîner une corrosion par piqûres. Au cours des opérations mécaniques, il arrive que les boulons se desserrent sous l'effet de fortes vibrations.
Pour résoudre ce problème, les composants de liaison peuvent être collés à l'aide d'adhésifs inorganiques lors de l'installation mécanique, puis assemblés par boulonnage. Cette méthode permet non seulement de renforcer la structure, mais aussi de la protéger contre la corrosion.
Biomédical : La composition du matériau biocéramique d’hydroxyapatite est proche de la composante inorganique de l’os humain, présente une bonne biocompatibilité, peut former une liaison chimique forte avec l’os et constitue un matériau idéal pour le remplacement des tissus durs.
Cependant, le module d'élasticité général des implants HA préparés est élevé, leur résistance faible et leur activité sous-optimale. Un adhésif à base de verre phosphaté est donc utilisé. Grâce à cet adhésif, la poudre de matière première HA est agglomérée à une température inférieure à celle du frittage traditionnel, ce qui permet de réduire le module d'élasticité tout en préservant l'activité du matériau.
La société Cohesion Technologies Ltd. a annoncé avoir développé le mastic Coseal, utilisé pour la suture cardiaque et ayant fait ses preuves en clinique. Une étude comparative menée sur 21 interventions de chirurgie cardiaque en Europe a démontré que l'utilisation du mastic Coseal réduisait significativement les adhérences chirurgicales par rapport aux autres méthodes. Des études cliniques préliminaires ultérieures ont montré le fort potentiel du mastic Coseal en chirurgie cardiaque, gynécologique et abdominale.
L'utilisation des adhésifs en médecine représente un nouveau moteur de croissance pour l'industrie des adhésifs. Colle structurale composée de résine époxy ou de polyester insaturé.
En matière de technologies de défense : les sous-marins furtifs sont un symbole de la modernisation des équipements navals. Une méthode importante pour améliorer la furtivité des sous-marins consiste à poser des plaques insonorisantes sur leur coque. Ces plaques sont généralement constituées d'un type de caoutchouc aux propriétés d'absorption acoustique.
Pour assurer une fixation solide de la tuile du silencieux et de la plaque d'acier de la coque du bateau, il est nécessaire d'utiliser un adhésif. Ce produit est utilisé dans le domaine militaire : entretien des chars, assemblage des bateaux militaires, bombardiers légers, collage de la couche de protection thermique des ogives de missiles, préparation de matériaux de camouflage, lutte contre le terrorisme.
C'est incroyable ! Ne vous fiez pas aux apparences, notre petit adhésif renferme une mine de connaissances.
Principales propriétés physiques et chimiques de l'adhésif
Temps de fonctionnement
Délai maximal entre le mélange de l'adhésif et l'assemblage des pièces à coller
Temps de durcissement initial
Le temps nécessaire pour une résistance optimale permet une résistance adéquate pour la manipulation des liaisons, y compris les pièces mobiles provenant des dispositifs de fixation.
temps de séchage complet
Temps nécessaire pour obtenir les propriétés mécaniques finales après le mélange de l'adhésif
période de stockage
Dans certaines conditions, l'adhésif peut conserver ses propriétés de manipulation et sa durée de conservation à la résistance spécifiée.
force de liaison
Sous l'action d'une force extérieure, la contrainte nécessaire pour provoquer la rupture de l'interface entre l'adhésif et le substrat dans la partie adhésive ou à proximité
Résistance au cisaillement
La résistance au cisaillement fait référence à la force de cisaillement que la surface de collage unitaire peut supporter lorsque la partie collée est endommagée, et son unité est exprimée en MPa (N/mm2).
Force d'arrachement inégale
La charge maximale que peut supporter le joint lorsqu'il est soumis à une force d'arrachement inégale, car la charge est principalement concentrée sur deux bords ou un bord de la couche adhésive, et la force est exprimée par unité de longueur plutôt que par unité de surface, et son unité est le kN/m.
Résistance à la traction
La résistance à la traction, également connue sous le nom de résistance à l'arrachement uniforme et de résistance à la traction positive, fait référence à la force de traction par unité de surface lorsque l'adhérence est endommagée par la force, et l'unité est exprimée en MPa (N/mm2).
force de pelage
La résistance au pelage est la charge maximale par unité de largeur que peut supporter la séparation des pièces collées dans les conditions de pelage spécifiées, et son unité est exprimée en kN/m.
Date de publication : 25 avril 2024