COLLAGE, physique

Les colles phénoliques

Les colles phénoliques sont les plus anciennes colles de réaction. Leur durcissement résulte d'une polycondensation de la formaldéhyde (CH₂O) avec un phénol qui s'accompagne de la formation d'une molécule d'eau. Elles sont essentiellement utilisées pour assembler les substrats poreux comme le bois car il est difficile d'éliminer l'eau produite. Aussi, il faut exercer une forte pression sur l'assemblage. Comme elles sont bon marché, elles continuent à être utilisées pour la fabrication des contre-plaqués.

Les colles acryliques

Le groupe d'atomes acrylate (CCHCOOR) forme un réseau de polymère tridimensionnel par polymérisation radicalaire (R est le radical). La formation de radicaux peut être initiée par un alkyleborane ou par un peroxyde en présence d'ions ferreux ou cuivreux. Ce dernier est utilisé dans la formulation des colles dites « anaérobiques » qui ne collent que sur les surfaces contenant du fer ou du cuivre et nécessitent un « activateur » sur les autres. Le radical peut aussi être formé via un initiateur excité par la lumière et/ou le rayonnement ultraviolet (photopolymérisation). Dans les cyano-acryliques, la double liaison C=CH est activée par une fonction nitrile (R-CN) ; le radical se forme rapidement sous l'action d'une base ; la basicité de l'eau suffit et le durcissement peut s'effectuer en quelques secondes. Les colles acryliques sont utilisées de longue date en chirurgie et en médecine dentaire, ce qui leur donne un brevet de bio-compatibilité qu'il leur serait difficile d'obtenir avec les critères actuellement exigés. Par exemple, un produit comme l'octyle-cyanoacrylate est utilisé en médecine pour suturer les plaies et recoller de la peau sur les grandes brûlures.

Les colles époxy

Les colles « époxy » utilisent la réaction de polyaddition d'une molécule contenant une fonction oxiranne (ou époxyde, C₂H₄O) avec un nucléophile tenant le rôle de durcisseur. Pour former un réseau tridimensionnel, on utilise des molécules bifonctionnelles. En pratique, le durcisseur est une diamine (composé possédant deux fois la fonction RNH_x) ou un mélange de diamines.

Le diépoxyde est une résine dérivée du « diglycidile éther du bisphénol A » DGEBA ou BADGE pour les associations de consommateurs (bisphénol A diglycidile éther). C'est un produit industriel courant contenant des oligomères qui permettent de maintenir le composé, normalement solide, à l'état de liquide épais d'où son appellation de résine. Généralement la colle est livrée en deux tubes contenant l'un la résine et l'autre le durcisseur aminé. Certaines formulations « monocomposant » contiennent le durcisseur sous une forme inactive. Il faut activer celui-ci en les chauffant à 120-140 ⁰C.

Les colles « modifiées »

Le produit des réactions mentionnées ci-dessus est souvent rigide et cassant. Son utilisation est limitée à des collages minces entre des substrats rigides. L'addition d'une phase souple dans le réseau tridimensionnel va permettre d'en augmenter la ténacité. Ce peut être un thermoplastique en poudre ou, mieux, un caoutchouc liquide. Au fur et à mesure de la formation du réseau, il va en être expulsé et former des billes qui freineront la propagation des fissures sous contrainte. Ce procédé est utilisé aussi bien avec des résines époxy qu'avec des colles acryliques.

Les polyuréthannes et les silicones

Les polyuréthannes utilisent le groupement fonctionnel « uréthanne » (ou uréthane, les deux orthographes étant admises) qui se forme par addition d'un alcool et d'un isocyanate selon la réaction : R-NCO + HO-R'X R-NH-CO-O-R'.

Comme dans le cas des époxy, pour obtenir un réseau tridimensionnel, les composés sont bifonctionnels.

Les silicones sont des macromolécules ayant un squelette (-Si-O-Si-) qui résulte soit d'une polycondensation d'alkyle siloxannes avec l'eau atmosphérique libérant de l'acide acétique ou une amine, soit d'une polymérisation de vinyle siloxannes catalysée par du platine.

Ils sont caoutchouteux à température ordinaire, résistants jusqu'à 220 ⁰C, mais se déchirent facilement. Ils ne figurent pas parmi les colles de structure. Cependant de nombreuses applications n'exigent pas une grande résistance. Leur souplesse fait qu'ils n'introduisent pas de tensions dans les substrats, ce qui est recherché en microélectronique. Ils sont utilisés dans le bâtiment pour le collage des vitres à cause de leur stabilité au rayonnement ultraviolet et à l'oxydation.