Colle
Contexte
On estime qu'environ 40 lb (18,2 kg) par an de colle sont utilisés pour chaque personne en Amérique, et il est facile de voir comment et pourquoi quand on regarde l'étendue des utilisations. Les meubles, la plomberie, les chaussures, les livres, les bâtiments et les automobiles utilisent tous de la colle dans une partie de leur construction.
Les colles font partie d'une famille plus large appelée adhésifs. Les deux classes se distinguent par le fait que la colle provient de composés organiques tandis que les adhésifs sont à base chimique. Les matériaux adhérents appelés époxys, produits de calfeutrage ou produits d'étanchéité sont également des composés chimiques qui contiennent des additifs spéciaux pour leur conférer des propriétés adaptées à des travaux ou des applications particuliers.
La colle est apparue lorsque les tribus anciennes ont découvert que les os, les peaux, la peau, les tendons et autres tissus conjonctifs des animaux pouvaient être traités pour éliminer le collagène, la protéine de ces tissus. Le collagène était collant et était utile pour maintenir les choses ensemble. Les solides du lait, connus sous le nom de caséine, et l'albumine sanguine peuvent également être utilisés comme base pour la colle. Le sérum séché du sang de vache produit de l'albumine qui coagule (s'agglutine) lorsqu'elle est chauffée et devient insoluble dans l'eau.
La colle de poisson était également fabriquée à partir de têtes, d'os et de peau de poisson, mais cette colle avait tendance à être trop fine et moins collante. En expérimentant, les premiers hommes ont découvert que les vessies à air de divers poissons produisaient une colle beaucoup plus satisfaisante, blanche et insipide. Il a finalement été nommé ichtyocolle ou ichthocol.
Il existe trois classes de substances appelées colles et qui ne contiennent pas de produits chimiques, de composés ou d'additifs de haute technologie ; ce sont la colle d'os, la colle de peau ou de peau et la colle de poisson. Techniquement, d'autres substances collantes sont les adhésifs, les gommes ou les ciments, bien que les consommateurs aient tendance à utiliser ces termes de manière interchangeable.
Les plantes ont également été utilisées pour produire des colles appelées collectivement colles végétales. Ces matériaux sont dispersibles ou solubles dans l'eau et sont généralement fabriqués à partir des amidons qui composent de nombreux grains et légumes. Les gommes naturelles comprennent l'agar, des colloïdes des plantes marines, l'algine dérivée des algues et la gomme arabique, un extrait de l'acacia (également connu sous le nom de gommier). La substance appelée colle marine est utilisée pour calfeutrer les joints, mais elle se compose de goudron ou de brai et n'est pas vraiment une colle.
Historique
Les premières preuves d'utilisation de colle peuvent encore être observées dans les peintures rupestres réalisées par nos ancêtres néandertaliens à Lascaux, en France. Ces premiers artistes voulaient que leur travail dure et mélangeaient de la colle avec la peinture qu'ils utilisaient pour aider les couleurs à résister à l'humidité des parois de la grotte. Les artefacts égyptiens exhumés dans leurs tombes montrent de nombreuses utilisations des colles; les plus frappants sont peut-être les placages et les incrustations des meubles en bois, qui ont été fabriqués à l'aide de colle dès 3 000
La fabrication de meubles repose fortement sur les colles. Bien qu'il existe de nombreuses techniques pour attacher des pièces entre elles, la colle est souvent utilisée soit de façon permanente, soit pour aligner les pièces pendant que d'autres connexions sont mises en place. Tous les grands ébénistes du XVIe au XIXe siècle ont utilisé de la colle dans la construction de meubles, notamment Chippendale, Hepplewhite, Duncan Phyfe, les frères Adams et Sheraton. Les colles utilisées par ces ébénistes étaient fabriquées à partir de peaux d'animaux, de sabots et d'autres parties réduites en gelée, puis séchées. La gelée était broyée en poudre ou en flocons. Il a été remixé avec de l'eau et chauffé doucement dans un pot de colle. Ce produit était brun, cassant, dur et non étanche. Pourtant, cette colle était la seule colle disponible jusqu'à la Première Guerre mondiale. À cette époque, on fabriquait d'abord des colles à la caséine à base de lait et des colles nitrocellulosiques.
Dans les années 1930, les progrès des industries chimiques et plastiques ont conduit au développement d'une large gamme de matériaux appelés adhésifs et colles plastiques ou résines synthétiques. La Seconde Guerre mondiale a conduit à une nouvelle floraison de cette industrie lorsque les néoprènes, les époxydes et les acrylonitriles ont été inventés. Ceux-ci ont été utilisés par l'armée et n'étaient pas disponibles pour un usage commercial jusqu'à la fin des années 1940 ou 1950. Depuis lors, des adhésifs imperméables hautement spécialisés ont été développés pour de nombreuses industries et applications uniques, y compris la construction de la navette spatiale. Les colles sont encore utilisées dans le travail du bois et la fabrication d'abrasifs comme le papier de verre. Ils sont également utilisés comme colloïde dans les procédés industriels; les colloïdes sont ajoutés aux liquides pour provoquer la séparation des particules solides en suspension dans le liquide afin qu'elles puissent être récupérées, soit pour nettoyer le liquide, soit pour traiter les solides.
Peter Cooper
Mieux connu en tant que philanthrope, Peter Cooper était un génie inventif prolifique et un fabricant très prospère. Cooper est né à New York, le fils d'un soldat de l'armée révolutionnaire qui a été actif dans de nombreuses entreprises et a impliqué le jeune Peter dans chacune d'entre elles. Bien que Cooper n'ait eu qu'un an d'éducation formelle, ses premières expériences avec son père l'ont préparé au succès dans sa carrière commerciale variée. Apprenti chez un carrossier à l'âge de 17 ans, Cooper réussit si bien que son employeur lui verse un salaire et lui propose de l'accompagner dans sa propre entreprise. Au lieu de cela, Cooper s'est lancé dans l'entreprise de tonte de tissu, dans laquelle il a prospéré. Il a ensuite acheté les droits d'un procédé de fabrication de colle, l'a amélioré avec sa propre invention, a commencé à exploiter une usine de colle et a obtenu un quasi-monopole de l'entreprise américaine de colle.
En 1828, Cooper s'est lancé dans la fabrication de fer, construisant la Canton Iron Works à Baltimore, dans le Maryland, avec l'intention de fournir le Baltimore &Ohio Railroad. Le chemin de fer était au bord de l'échec, cependant, en raison de la route sinueuse et vallonnée suivie par ses voies. La plupart des ingénieurs de l'époque soutenaient que les locomotives ne pouvaient pas rouler sur un tel terrain. Cooper construisit rapidement la première locomotive à vapeur américaine, petite mais puissante. En 1830, ce "Tom Thumb" tirait 40 passagers à une vitesse de 10 milles à l'heure et prouvait que les chemins de fer pouvaient circuler sur des voies sinueuses.
Les entreprises commerciales de Cooper se sont développées rapidement après ce succès. Son entreprise de fer s'est étendue aux mines, fonderies, usines de fil et laminoirs. En 1854, l'usine Cooper de Trenton produisit les premières poutres de charpente en fer destinées à la construction de bâtiments à l'épreuve du feu. Cooper est devenu l'un des principaux bailleurs de fonds et un soutien indéfectible du projet de Cyrus Field (1819-1892) pour la pose du câble télégraphique de l'Atlantique. En tant que président de la North American Telegraph Company, Cooper possédait et contrôlait la moitié des lignes télégraphiques aux États-Unis. En tant qu'inventeur, Cooper a conçu une première machine à laver et divers moteurs pour alimenter les motomarines.
Matières premières
Les fabricants de colle obtiennent des os et des tissus d'animaux auprès d'abattoirs, de tanneries et d'entreprises de conditionnement de viande; ce n'est pas un hasard si le plus grand fabricant de colle au monde est la laiterie Borden Company. Les restes d'animaux qui sont les matières premières de la colle peuvent inclure des oreilles, des queues, des morceaux de cuir ou de peau, des raclures des côtés charnus des peaux, des tendons, des os et des pieds. De même, les fabricants de colle de poisson obtiennent les arêtes, les têtes, les écailles et les peaux de poisson des conserveries et autres usines de transformation.
Avec seulement des variations mineures, les mêmes processus de base sont utilisés pour fabriquer de la colle d'os, de la colle de peau ou de peau et du poisson la colle. Les peaux et autres chutes sont lavées afin d'éliminer la saleté, et elles sont trempées pour les ramollir. Ce matériau est appelé bouillon et il est cuit soit en le faisant bouillir dans des réservoirs ouverts, soit en le cuisant sous pression dans des autoclaves. Le liquide résultant, appelé « liqueur de colle », est extrait et réchauffé à nouveau pour épaissir la colle. Une fois refroidi, ce matériau ressemble à de la gelée et est solide. Pour éliminer les impuretés et rendre la colle claire, des produits chimiques comme l'alun ou l'acide suivis d'albumine d'œuf peuvent être ajoutés. Ces produits chimiques provoquent la précipitation ou la chute des impuretés de la colle. La colle est rendue plus concentrée sous vide
Le processus de fabrication
Fabrication de colle de peau ou de peau
- Avec seulement des variations mineures, les mêmes processus de base sont utilisés pour fabriquer de la colle d'os, de la colle de peau ou de peau et de la colle de poisson. Les peaux et autres chutes sont lavées afin d'éliminer la saleté, et elles sont trempées pour les ramollir. Ce matériau est appelé stock, et il est passé à travers une série de bains d'eau dans lesquels de plus en plus de chaux est ajoutée pour faire gonfler les cuirs et les peaux et les décomposer. Les peaux gonflées sont rincées dans une grande machine à laver pour éliminer le calcaire. Les dernières traces de chaux sont éliminées en traitant le bouillon avec des acides faibles comme l'acide acétique ou l'acide chlorhydrique. Enfin, le bouillon est cuit soit par ébullition, soit dans des cuves ouvertes, soit par cuisson sous pression dans des autoclaves.
- La cuisson à la bonne température et pendant la bonne durée décompose le collagène et le transforme en colle. Si la température ou la synchronisation est éteinte, la qualité de la colle sera ruinée. De grands serpentins à vapeur dans les réservoirs ouverts chauffent l'eau et le produit à 160 °F (70 °C). Trois ou quatre traitements avec de l'eau propre sont effectués à des températures (ou des pressions croissantes si un système sous pression est utilisé). Le liquide obtenu, appelé « liqueur de colle », est extrait et réchauffé à nouveau pour épaissir la colle.
- Une fois refroidi, ce matériau ressemble à de la gelée et est solide ; bien qu'elle ressemble au type de gélatine utilisée dans les aliments, elle contient des impuretés. Pour éliminer les impuretés et rendre la colle claire, des produits chimiques comme l'alun ou l'acide suivis d'albumine d'œuf peuvent être ajoutés. Ces produits chimiques provoquent la précipitation ou la chute des impuretés de la colle. Des méthodes mécaniques peuvent également être utilisées pour nettoyer la colle. Ceux-ci incluent le passage de la colle à travers une série de filtres mécaniques ou à travers des filtres en papier ou de l'os broyé appelé char osseux.
- Différents additifs sont mélangés à la liqueur de colle pour faire de la colle brune, transparente ou blanche. L'acide sulfureux, l'acide phosphorique ou l'alun font partie de ces additifs. De l'oxyde de zinc est ajouté pour produire une "colle scolaire" blanche.
- À ce stade, la colle est un liquide faible et coulant. Il est rendu plus concentré dans des évaporateurs sous vide et séché selon l'une des différentes méthodes. La colle peut être refroidie en feuilles ou en blocs puis suspendue sur des filets pour sécher et devenir encore plus concentrée. La colle peut également être déposée sous forme de perles ou de "perles" dans une liqueur ne contenant pas d'eau qui sèche davantage les perles concentrées. Les perles, blocs ou feuilles sont ensuite mélangés à la bonne consistance et pompés dans des bouteilles ou des pots pour la vente.
Faire de la colle à os
La fabrication de colle à os est un peu plus compliquée. Les os sont traités le plus souvent dans des réservoirs sous pression, mais un traitement supplémentaire est nécessaire pour éliminer les minéraux. Les os sont dégraissés avec des solvants, puis de l'acide chlorhydrique en solution à 8% est appliqué sur les os. L'acide élimine le phosphate de calcium et d'autres minéraux et laisse le collagène dans la même forme que le morceau d'os. L'acide est retiré du collagène et séché pour produire de l'osséine ou des protéines osseuses de qualité commerciale (également appelées os acidulés) qui constituent la base des colles osseuses. Une fois l'osséine créée, elle peut ensuite être traitée selon la méthode du réservoir ouvert et les étapes suivantes utilisées pour fabriquer de la colle à partir de peaux, comme décrit ci-dessus.
Contrôle qualité
Tous les processus de fabrication de la colle sont surveillés attentivement à l'aide d'instruments, de contrôles informatisés et d'observations. Des températures ou des pressions inappropriées ruineront de grandes quantités de stock qui devront ensuite être gaspillées ; les fabricants ne risquent pas de telles erreurs.
La sécurité et l'hygiène sont également des préoccupations majeures. Les fabricants de colle ont tendance à être situés très près des approvisionnements en peaux et autres matières premières pour prévenir les maladies, la vermine, la contamination et les principaux coûts comme le transport. La sécurité des travailleurs est soigneusement contrôlée, tout comme la production d'une colle pure.
Sous-produits/Déchets
La colle elle-même est un sous-produit des laiteries, des usines de transformation de la viande et d'autres installations qui génèrent les matières premières nécessaires à la production de colle.
Le futur
Les colles sont essentielles à notre avenir. De plus en plus de procédés de fabrication utilisent diverses formes de colle (et notamment des adhésifs) pour remplacer la couture, l'agrafage et des formes de fixation plus coûteuses (et moins efficaces). Des expériences avec des colles médicales suggèrent qu'un tiers de toutes les plaies pourraient être « cousues » avec des colles au cours des prochaines années. Les colles se sont avérées si polyvalentes que les scientifiques sont constamment à la recherche de nouvelles applications qui nous simplifieront la vie.
Processus de fabrication