Slime

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Contexte

Slime est un matériau de jeu unique composé d'un polymère réticulé. Il est classé comme liquide et est généralement fabriqué en combinant des solutions d'alcool polyvinylique avec des ions borate dans un grand récipient de mélange. Il a souvent une odeur désagréable, une couleur verte, et est froid et visqueux au toucher.

En termes scientifiques, la boue est classée comme un fluide non newtonien. Ce sont des liquides épais qui ont une viscosité variable. La viscosité est une mesure de la résistance à l'écoulement lorsqu'une force de cisaillement est appliquée. Les fluides newtoniens ont une viscosité constante en fonction de leur composition. Par exemple, l'eau est toujours un liquide mince avec une faible viscosité. La mélasse est épaisse et a une viscosité élevée. Les fluides non newtoniens, comme la boue, ont une viscosité différente en fonction de la force exercée sur eux. Si une petite quantité de force est appliquée, par exemple en les remuant lentement avec vos doigts, ils se sentent minces et ressemblent à de l'eau. Si une force élevée est appliquée, comme la jeter contre un mur, la résistance est très forte. On les appelle fluides non newtoniens car ils ne se comportent pas comme le prédisent les lois de Newton. D'autres matériaux qui se comportent également de la sorte incluent le ketchup, la gélatine, la colle et les sables mouvants.

La structure moléculaire de la boue est le facteur responsable de son comportement intéressant. La boue de jouet est généralement composée de molécules de polymère à longue chaîne enchevêtrées. Ces molécules de polymère peuvent être considérées comme des brins de spaghetti. Lorsqu'ils sont assemblés sur une assiette, les brins sont mélangés, créant un désordre emmêlé. Si les brins sont frottés ensemble, ils s'alignent et deviennent plus lisses. Ce mouvement donne à la masse sa sensation visqueuse et glissante.

Alors que le mélange des brins de polymère donnera une certaine viscosité intégrée, un agent de réticulation est également présent dans la boue pour lui donner le comportement fluide non newtonien. Les agents de réticulation sont des ions qui aident à connecter temporairement des brins de polymère avec des liaisons ioniques relativement faibles. Ces liaisons sont suffisamment fortes pour maintenir les brins de polymère ensemble mais pas assez fortes pour rendre la masse solide.

Historique

L'histoire du développement du jouet slime remonte au début du vingtième siècle, lorsque la science des polymères synthétiques était en cours d'élaboration. Au cours des années 1920, le lauréat du prix Nobel Hermann Staudinger a jeté les bases de notre compréhension moderne de la science des polymères. Il a suggéré un nouveau modèle moléculaire pour les polymères; l'un des longues molécules en forme de chaîne et non des agrégats ou des composés cycliques comme on le pensait auparavant. En 1928, ses modèles sont confirmés par Meyer et Mark. Ces deux scientifiques ont étudié les dimensions du caoutchouc naturel à l'aide de techniques aux rayons X. Dans les années 1930, les modèles de Staudinger étaient largement acceptés et le développement intensif des polymères synthétiques commença pour de bon.

Les fabricants vendent des matériaux de jeu polymères comme le slime depuis des années. Ils sont connus non seulement pour amuser les enfants et les adultes, mais aussi pour aider au développement de la dextérité et de la créativité. Les premiers de ces jouets étaient des matériaux moulables comme la pâte à modeler. Le besoin de matériaux de jeu améliorés et variés a conduit au développement du mastic idiot dans les années 1950. Le mastic idiot phosphorescent a ensuite été introduit. Au cours des années 1980, divers jouets de type slime ont été introduits. Ces produits étaient fabriqués à partir de matériaux tels que l'alcool polyvinylique, les gommes de guar ou même le lait enrichi.

Conception

Bien qu'une grande variété de variantes de slime soit vendue, elles ont de nombreuses caractéristiques communes. En général, le slime est un liquide gluant disponible dans de petits pots. Il peut être vendu seul ou en tant qu'élément d'un ensemble de jouets, comme un accessoire pour une figurine articulée . La boue a une odeur légèrement désagréable et est froide et visqueuse au toucher. Les couleurs varient mais les plus courantes sont le vert, le bleu et le rouge. Certains fabricants ajoutent des parfums pour améliorer l'odeur.

L'un des aspects clés de la formulation du slime est que les matériaux doivent être sans danger pour les jeunes enfants. En général, cela signifie que les matières premières utilisées pour fabriquer le slime doivent être non irritantes pour la peau ou les yeux et non toxiques en cas d'ingestion. De plus, les consommateurs exigent que la boue (et les jouets similaires) n'endommagent pas les vêtements, les tissus d'ameublement, les tissus ou les tapis.

Matières premières

Les formules de slime sont initialement produites en laboratoire par des chimistes. Ces scientifiques commencent par déterminer les caractéristiques esthétiques du slime. Par exemple, ils décident de la consistance, de la couleur et de l'odeur. Les tests consommateurs sont souvent utilisés pour aider à prendre ces décisions. Une fois les caractéristiques déterminées, de petits lots d'essai sont réalisés en laboratoire en utilisant les matières premières primaires. Les ingrédients les plus couramment utilisés dans la production de boue de jouet sont l'eau, les matériaux polymères, les agents gélifiants, les colorants, les charges et les conservateurs.

Le matériau le plus abondant dans le slime est l'eau, qui constitue généralement plus de 90 % de la formule. Généralement, de l'eau déminéralisée spécialement traitée est utilisée. L'eau est un diluant qui donne au slime sa consistance liquide. La source de l'eau peut provenir de puits souterrains, de lacs et de rivières.

Les matériaux polymères sont responsables des caractéristiques importantes de la boue. Le matériau le plus couramment utilisé est l'alcool polyvinylique (PVA). Le PVA est un polymère à longue chaîne qui a un squelette de molécules de carbone avec de nombreux groupes hydroxyle (OH) attachés. Dans une formule de slime typique, environ 2% de PVA sont nécessaires. Un autre polymère similaire est le polyvinylacétate (PVAC). Celui-ci a une composition chimique légèrement différente mais il se comporte de la même manière que le PVA lorsqu'un agent gélifiant est ajouté. Certains polymères "naturels" peuvent également être utilisés pour produire du slime. Des exemples courants incluent la gomme de guar, qui est dérivée du haricot de la plante de guar, la méthylcellulose, qui provient des plantes, et la fécule de maïs.

Alors que les matériaux polymères donnent à la boue sa substance, un agent gélifiant est nécessaire pour lui donner le comportement liquide non newtonien. Dans les formulations classiques de boue, le borate de sodium (Borax) ou le tétraborate de sodium est utilisé. Lorsqu'il est dissous dans l'eau, le borate de sodium se dissocie en ions sodium et en ions borate. Si un polymère est présent comme le PVA, les ions borate interagissent avec les chaînes polymères et forment des liaisons ioniques faibles qui rendent la solution plus épaisse. Ces liaisons donnent également la possibilité de s'étirer lorsqu'une force est appliquée. Typiquement, le borate de sodium représente environ 2% du produit final. Le rapport du polymère à l'agent gélifiant est un facteur dans la détermination de la consistance de la boue.

Une variété d'ingrédients supplémentaires sont ajoutés aux produits visqueux pour améliorer la couleur et l'odeur. En général, les solutions polymères utilisées dans la fabrication de boues sont incolores. Par conséquent, une variété de colorants sont ajoutés pour donner la couleur du produit. Ce sont généralement des colorants alimentaires certifiés par le gouvernement, tels que FD&C Blue et FD&C Yellow. Pour améliorer l'odeur de la boue, un parfum est souvent ajouté. Les parfums sont constitués de matières huileuses volatiles. Étant donné que la contamination par les moisissures et les bactéries est possible, des conservateurs comme le formaldéhyde ou le méthylparaben sont également ajoutés pour empêcher la croissance microbienne. De plus, divers acides ou bases peuvent être inclus pour contrôler le pH de la boue.

Le processus de fabrication

La production de slime se déroule en deux étapes. Tout d'abord, un lot de slime est fabriqué. Ensuite, il est rempli dans son emballage final. Ce processus peut cependant varier, car le remplissage peut être plus facile si l'agent de réticulation n'est pas ajouté jusqu'à ce que la solution polymère soit dans l'emballage final. La description suivante décrit un processus par lots.

Slime est fabriqué en combinant un mélange 5:1 de solution d'alcool polyvinylique (PVA) et une solution de Borax.

Composition du lot

• 1 Les lots de slime sont fabriqués dans de grandes cuves en acier inoxydable équipées de mélangeurs et d'un système de contrôle de température. En commençant par l'eau, les mélangeurs ajoutent le reste des matières premières selon les instructions de la formule à des heures et des températures spécifiques. À l'aide de commandes informatiques, la vitesse et la température de mélange sont régulées. La boue est généralement chauffée pour que le PVA se mélange à la solution. Les colorants, conservateurs et autres additifs sont ajoutés en dernier.

Contrôle qualité

• 2 Après la phase de compoundage, un échantillon de lot est amené au laboratoire de contrôle qualité pour approbation. Dans ce domaine, des évaluations physiques et chimiques sont effectuées pour s'assurer que le lot répond aux spécifications minimales décrites dans les instructions de la formule. Des tests, tels que la détermination du pH, les contrôles de viscosité et les évaluations d'apparence et d'odeur, peuvent être effectués. Des ajustements peuvent être effectués à ce stade si nécessaire. Une fois le lot approuvé, il est pompé vers un réservoir de stockage, où il est stocké avant d'être rempli.

Remplissage et emballage

• 3 L'étape de remplissage dépend du type d'emballage dans lequel le slime sera vendu. Pour le pot typique de boue, le processus se produit sur une ligne de remplissage. A une extrémité de la ligne de remplissage se trouve une trémie contenant les pots vides. Ces bacs sont manipulés physiquement par une machine tournante jusqu'à ce qu'ils soient debout. Ils sont ensuite déplacés le long d'une bande transporteuse jusqu'aux têtes de remplissage, qui contiennent la solution visqueuse.
• 4 Les têtes de remplissage sont une série de tubes à pistons reliés entre eux sur un carrousel circulaire. Au passage des godets sous les têtes de remplissage, du produit y est injecté.
• 5 Une fois remplis, les pots sont acheminés vers une capsuleuse. Cette machine trie les couvercles, les place sur les bacs et les resserre.
• 6 Si nécessaire, les pots passent dans une étiqueteuse. Parfois, cela n'est pas nécessaire car des emballages pré-décorés sont utilisés. D'autres étapes d'emballage peuvent avoir lieu à ce stade, telles que l'emballage sous film rétractable ou l'ajout d'un support en carton. Les colis sont ensuite mis dans des cartons et empilés sur des palettes. Les palettes sont transportées jusqu'au stockage et finalement expédiées aux points de vente locaux.

Contrôle qualité

Le contrôle qualité est un processus continu qui se déroule tout au long du processus de production. Avant le dosage, les matières premières sont inspectées et testées pour s'assurer qu'elles répondent aux spécifications minimales. Ce processus d'inspection implique généralement le travail de chimistes chargés du contrôle de la qualité, qui vérifient diverses caractéristiques physiques et chimiques. Ils mesurent les caractéristiques des matières premières entrantes telles que la taille des particules, le pH, la viscosité, l'apparence et l'odeur. Si une matière première ne répond pas aux spécifications prédéterminées, elle est rejetée. Les lots sont testés de la même manière.

Si un lot ne répond pas à toutes les spécifications, un ajustement peut être effectué. Par exemple, si la couleur du lot est différente, plus de colorant peut être ajouté. Les tests de conservation aident à garantir que les jouets seront à l'abri de la croissance microbienne lors d'une utilisation à long terme. Des tests de stabilité sont également effectués. Ces études surveillent les performances d'un lot fini dans diverses conditions environnementales. Sur les lignes de remplissage, les inspecteurs de ligne inspectent l'apparence des bouteilles, le scellement des bouchons et les poids de remplissage.

Le futur

Les jouets comme le slime ont une qualité intrinsèque qui les rend à la fois fascinants et amusants. Alors que les matériaux actuels connaissent un succès commercial, il reste un besoin de formulations de matériaux de jeu améliorées et variées. Déjà quelques variantes du produit slime classique sont disponibles. Par exemple, des kits de slime sont vendus qui permettent à l'utilisateur de créer ses propres produits de slime. À l'avenir, les fabricants de jouets se concentreront sur la recherche de nouvelles façons de vendre le slime actuel et sur la création de nouveaux matériaux.