Caoutchouc-ciment

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Contexte

Le ciment de caoutchouc est une solution de caoutchouc non vulcanisé (gomme) dans un solvant et est utilisé comme adhésif. Idéalement, il est destiné à assembler deux morceaux de caoutchouc, ce qui implique un processus de cohésion chimique. Lors de l'assemblage de deux morceaux de caoutchouc, une seule surface doit être recouverte de colle de caoutchouc car il s'agit du même matériau. Cependant, lors de l'assemblage du papier, les deux pièces doivent être recouvertes de ciment en caoutchouc. Lorsque le ciment-caoutchouc sèche, seules les parties en contact avec le papier restent, ce qui maintient les deux pièces ensemble. Malgré cette limitation, le type de ciment de caoutchouc domestique trouve une large utilisation pour des applications telles que le montage de photographies. Contrairement à la colle blanche, les morceaux de papier joints peuvent être séparés sans endommager l'un ou l'autre des morceaux.

Les adhésifs sont fabriqués à partir de produits naturels d'origine animale ou végétale ou de polymère synthétique. Les adhésifs naturels sont faciles à appliquer et sont en général solubles dans l'eau. Les adhésifs synthétiques sont divisés en quatre catégories chimiques :thermoplastiques, thermodurcissables, élastomères et leurs combinaisons. Les adhésifs thermoplastiques, tels que l'alcool polyvinylique et les acryliques, peuvent être ramollis car les matériaux ne réticulent pas lors du durcissement. Ils nécessitent de la chaleur ou un solvant pour créer une liaison. Les adhésifs thermodurcissables, qui incluent les époxydes, ne peuvent pas être chauffés et ramollis après durcissement car ils se réticulent lors du durcissement. Les adhésifs élastomères sont à base de caoutchouc isoprène ou de polymères synthétiques qui combinent à la fois élasticité et ténacité. Le silicone est un exemple typique.

Les propriétés de l'adhésif, les types de matériaux à assembler et l'état des surfaces déterminent tous les performances des joints et la durée de vie de la structure collée. Les adhésifs doivent pouvoir mouiller et s'étaler correctement sur l'une ou l'autre des surfaces pour obtenir un contact moléculaire entre les matériaux. Les adhésifs sont utilisés dans un large éventail d'industries, notamment l'emballage, la construction, l'électronique, le transport, l'ameublement/le travail du bois et le médical.

En 1996, plus de 12 milliards de livres (5,4 milliards de kg) d'adhésifs ont été utilisés aux États-Unis. Les demandes de construction avaient la part la plus élevée à 40 %. C'est également l'une des plus grandes applications pour le ciment de caoutchouc. D'autres applications incluent le chauffage, la climatisation et l'équipement automobile. Les fabricants de ciment de caoutchouc vendent également une grande partie de leur produit à des reconditionneurs qui commercialisent le produit sous leur propre nom.

Certains analystes estiment que le marché mondial des adhésifs s'élevait à 19,1 milliards de dollars en 1997. L'emballage, la construction et l'ameublement/le travail du bois sont les trois segments les plus importants de ce marché mondial, avec plus de 65 % des revenus du marché.

Historique

Les adhésifs naturels existent depuis au moins plusieurs milliers d'années. Les sculptures égyptiennes montrent le collage de minces morceaux de placage sur une planche de bois. Les fibres d'un tissu ancien étaient assemblées avec de la pâte de farine et des feuilles d'or étaient collées sur du papier avec du blanc d'œuf. Les colles animales se sont améliorées au XVIIIe siècle et un siècle plus tard, les ciments à base de caoutchouc et de nitrocellullose ont été introduits. Au cours des années 1900, des progrès importants ont eu lieu, conduisant au développement de nombreux adhésifs synthétiques qui ont remplacé certains des adhésifs naturels. Les adhésifs devaient désormais être beaucoup plus solides et plus résistants à la corrosion.

Le caoutchouc naturel est dérivé de la sève ou du latex extrait de Hevea brasiliensis arbre.

Le caoutchouc naturel a été découvert pour la première fois par les Mayas et les Aztèques il y a plus de 2 500 ans et utilisé pour fabriquer des chaussures et des vêtements imperméables. Des siècles plus tard, en 1823, le chimiste écossais Charles Macintosh a également étudié la fabrication de textiles imperméables. Il a expérimenté la dissolution du caoutchouc dans divers produits chimiques et a eu le plus de succès avec le naphta. Avec ce matériau, il a fabriqué une pâte de caoutchouc et l'a utilisé pour assembler deux couches de tissu pour faire un imperméable.

Matières premières

Le ciment de caoutchouc est un liquide opaque qui contient du caoutchouc naturel ou synthétique pulvérisé et un solvant à base d'hexane ou d'heptane. Les qualités de ciment de caoutchouc peuvent contenir 70 à 90 % d'heptane ou d'hexane et 1 à 15 % d'alcool isopropylique (isopropanol) ou d'alcool éthylique (éthanol). Le caoutchouc est reçu sous forme de gros blocs ou de dalles, généralement d'une taille de 100 lb (45 kg). Des milliers de gallons (litres) de solvants liquides sont généralement expédiés par camion-citerne au fabricant.

Le caoutchouc naturel provient de Hevea brasiliensis arbre originaire du Brésil. Pour fabriquer du caoutchouc solide, l'arbre est entaillé et le latex est recueilli dans une petite tasse, où il coagule en un morceau. Ce morceau, ainsi que le flux restant et d'autres morceaux sont rassemblés et traités à haute température. Cela détruit la plupart des protéines et produit un matériau solide.

Les caoutchoucs synthétiques comprennent le néoprène et le latex. Les caoutchoucs synthétiques sont fabriqués à l'aide de divers procédés chimiques. L'application détermine quels types de caoutchouc et de solvant sont utilisés.

Conception

Les propriétés et les performances de la colle de caoutchouc sont déterminées par le type et la quantité d'ingrédients. Typiquement, les formulations sont déterminées par le laboratoire puis transmises à la production.

Le processus de fabrication

Le processus de fabrication du ciment de caoutchouc est relativement simple. Une fois le caoutchouc décomposé en morceaux plus petits, il est mélangé avec le solvant à base d'hexane ou d'heptane, puis différentes tailles de récipients sont remplies de liquide. La plupart des équipements sont automatisés.

Mixage

• 1 Tout d'abord, les blocs ou plaques de caoutchouc sont cassés en plus petits morceaux. Des moulins à caoutchouc, équipés de deux gros rouleaux, sont utilisés. Le caoutchouc peut être réduit dans de grands mélangeurs à grande vitesse équipés de lames tranchantes, qui pulvérisent le caoutchouc en une taille similaire à la sciure de bois. Les ingrédients du solvant sont mélangés dans des réservoirs, allant de 40 à 6 000 gal (150 à 22 700 1), équipés de palettes. Le caoutchouc est ajouté lentement jusqu'à ce qu'il soit mouillé par le solvant et soit mis en suspension ou dissous dans la solution.

Emballage

• 2 Une fois que la solution est bien mélangée, elle est introduite dans une ligne de remplissage automatisée, qui remplit chaque récipient, le bouche et serre le bouchon. Le ciment de caoutchouc est conditionné en bouteilles de 4, 8 et 16 oz (118, 237 et 473 ml) ou en contenants de pinte (946 ml) et de gallon (3,8 1). Parce que le ciment en caoutchouc est inflammable, un équipement antidéflagrant est utilisé. Les conteneurs sont ensuite emballés dans des caisses en carton et correctement étiquetés. Pour les conteneurs plus grands (camions-citernes ou fûts), la solution est alimentée par gravité ou pompée dans ces conteneurs par le bas.

Contrôle qualité

Les matières premières sont fournies selon les spécifications du fabricant. La teneur en solides de chaque lot est vérifiée, car les grades de meilleure qualité contiennent une teneur plus élevée. La teneur en solides en pourcentage est obtenue en pesant un échantillon, en évaporant le liquide, puis en pesant le solide restant. Après le mélange, chaque lot est également testé pour la viscosité, l'adhésivité, la charge thermique et d'autres propriétés avant d'être emballé. Jusqu'à 20 tests différents peuvent être effectués. Après l'emballage, les conteneurs sont vérifiés pour s'assurer qu'ils sont correctement étiquetés.

Sous-produits/Déchets

En raison des contrôles stricts et de l'équipement automatisé, aucun déchet n'est produit. La machine de remplissage est programmée pour le volume exact de chaque taille de récipient. Tout matériau restant est recyclé dans le processus. Le ciment en caoutchouc est expédié avec une fiche de données de sécurité (MSDS) qui décrit les procédures de manipulation appropriées puisque les ingrédients sont dangereux et inflammables. Le solvant est un composé organique volatil et est également soumis à une réglementation en tant que polluant atmosphérique dangereux en vertu des modifications de 1990 de la Clean Air Act. L'Environmental Protection Agency des États-Unis a également inclus les adhésifs parmi les catégories cibles qui doivent se conformer à certaines technologies maximales réalisables (MACT). Un MACT définit un niveau de contrôle conçu pour protéger la santé publique.

Le futur

La demande de tous les adhésifs aux États-Unis devrait atteindre plus de 15 milliards de livres (6,8 milliards de kg) d'ici 2003, soit un taux de croissance annuel de 2,6 %. Le marché mondial devrait atteindre 26,2 milliards de dollars en 2003, avec un taux de croissance annuel composé de 5,3 %. Les adhésifs à base de solvant continueront d'être remplacés par des adhésifs à base d'eau car ils sont plus respectueux de l'environnement.