Super colle

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Contexte

La colle est une substance adhésive gélatineuse utilisée pour former une fixation de surface entre des matériaux discrets. Actuellement, il existe cinq types de colle de base. Les colles à solvant comprennent une base adhésive mélangée à un solvant chimique qui rend la colle étalable; la colle sèche au fur et à mesure que le solvant s'évapore. La plupart des solvants sont inflammables et s'évaporent rapidement; le toluène, un hydrocarbure liquide fabriqué à partir de combustibles fossiles, est souvent utilisé. Cette catégorie comprend les colles vendues sous forme de soudures liquides et les colles de contact.

Les colles à base d'eau utilisent de l'eau comme solvant au lieu de produits chimiques. Elles agissent plus lentement que les colles à solvants chimiques; cependant, ils ne sont pas inflammables. Cette catégorie comprend des colles telles que la colle blanche et la colle de caséine en poudre, fabriquées à partir de protéines de lait et mélangées à la maison ou en magasin.

Les colles à deux composants comprennent l'époxy et le résorcinol, un phénol cristallin qui peut être synthétisé ou fabriqué à partir de résines organiques. Une partie contient la colle réelle; l'autre partie est un catalyseur ou un durcisseur. La colle à deux composants est très utile pour travailler les métaux (automobile Dent Filler est une colle en deux parties) mais doit être mélangé correctement pour bien fonctionner.

Les colles pour peaux d'animaux sont utiles pour le travail du bois et le travail du placage. Fabriquée à partir des peaux ainsi que des os et d'autres parties d'animaux, la colle est vendue soit prête à l'emploi, soit sous forme de poudre ou de flocons pouvant être mélangés à de l'eau, chauffés et appliqués à chaud.

Colles cyanoacrylates, généralement appelées C.A.s, caractérisent les colles modernes les plus récentes et les plus résistantes, qui sont fabriquées à partir de polymères synthétiques. Un polymère est une molécule complexe composée de molécules plus petites et plus simples (monomères) qui se fixent pour former des unités structurelles répétitives. Une fois qu'une réaction polymérique a été catalysée, il peut être difficile de l'arrêter :l'impulsion naturelle pour former des chaînes polymériques est très forte, tout comme les liaisons moléculaires qui en résultent et les colles qui en découlent. À la maison et au bureau, de petites quantités de C.A. sont utiles pour un nombre presque infini de réparations telles que réparer des poteries cassées, réparer des joints et même maintenir ensemble des ongles fendus. Dans l'industrie, les CA sont devenus importants dans la construction, la médecine et la dentisterie.

Des colles cyanoacrylates ont été découvertes dans un laboratoire Kodak en 1951 lorsque deux chimistes, le Dr Harry Coover et le Dr Fred Joyner, ont essayé d'insérer un film de cyanoacrylate d'éthyle entre deux prismes d'un réfractomètre pour déterminer le degré de réfraction, ou de courbure, lumière qui le traverse. Bien que la première conclusion de Coover, Joyner et des autres membres de l'équipe du laboratoire ait été qu'une pièce coûteuse d'équipement de laboratoire avait été détruite, ils se sont vite rendu compte qu'ils étaient tombés sur un nouveau type d'adhésif.

Passer d'un accident de laboratoire à un produit commercialisable n'est pas facile; Kodak n'a commencé à vendre la première colle cyanoacrylate, Eastman 910, qu'en 1958 (la société ne fabrique plus d'adhésifs C.A.). Aujourd'hui, plusieurs entreprises fabriquent C.A. colles dans une variété de formulations. Certains grands fabricants exploitent des laboratoires de recherche pour répondre aux nouvelles demandes de formulations spéciales et pour développer de nouveaux et meilleurs C.A.s.

La méthode par laquelle les polymères agissent comme une colle n'est pas complètement comprise. La plupart des autres colles fonctionnent selon le principe du crochet et de l'œil—le L'ingrédient initial de la super colle, le cyanoacétate d'éthyle, est placé dans une bouilloire avec des lames rotatives et mélangé avec du formaldéhyde. Le mélange déclenche la condensation, une réaction chimique qui produit de l'eau; cette eau est ensuite évaporée au fur et à mesure que la bouilloire est chauffée. Lorsque l'eau s'est évaporée, il ne reste dans la bouilloire que le C.A. polymère. Ensuite, la bouilloire est à nouveau chauffée, provoquant un craquage thermique du polymère et créant des monomères réactifs qui se séparent. Lorsque la colle finie est appliquée, ces monomères se recombinent pour former une liaison. la colle forme des crochets et des yeux microscopiques qui s'accrochent les uns aux autres, une sorte de velcro moléculaire. Avec des colles qui fonctionnent de cette façon, plus l'application est épaisse, plus la liaison est efficace. Cependant, les colles cyanoacrylates semblent se lier différemment. La théorie actuelle attribue les qualités adhésives du polymère cyanoacrylate à la même force électromagnétique qui maintient tous les atomes ensemble. Bien qu'une masse importante d'une substance repousse électroniquement toute autre substance, deux atomes de substances différentes placés à proximité immédiate exerceront une force d'attraction mutuelle. Des expériences avec plusieurs substances ont montré que deux morceaux du même matériau expérimental (or, par exemple) peuvent être amenés à adhérer les uns aux autres sans bénéficier d'un adhésif ajouté s'ils sont forcés à proximité.

Ce phénomène explique pourquoi un film mince de C.A. la colle fonctionne mieux qu'une plus épaisse. Une colle plus fine peut être pressée si près du matériau qu'elle colle que la force électromagnétique prend le relais. Un film plus épais laisse suffisamment d'espace entre les matériaux qu'il colle pour que les molécules puissent se repousser, et la colle par conséquent ne tiendra pas aussi bien.

Matières premières

Les produits chimiques nécessaires pour former un polymère de cyanoacrylate comprennent le cyanoacétate d'éthyle, le formaldéhyde, l'azote ou un autre gaz non réactif, les inhibiteurs de radicaux libres et les piégeurs de bases. Le cyanoacétate d'éthyle comprend l'éthyle, un radical hydrocarboné (un radical est un atome ou un groupe d'atomes qui, parce qu'il contient un électron non apparié, est plus susceptible de réagir avec d'autres atomes), le cyanure et l'acétate, un ester produit en mélangeant de l'acide acétique avec l'alcool et enlever l'eau. Le formaldéhyde est un gaz incolore souvent utilisé dans la fabrication de résines synthétiques. L'azote est le gaz le plus abondant dans l'atmosphère terrestre, comprenant 78 pour cent du volume et présent dans tous les tissus vivants. Parce qu'il ne réagit pas avec d'autres substances, il est couramment utilisé pour tamponner des éléments hautement réactifs qui, autrement, s'engageraient dans des réactions indésirables avec des substances contiguës. Les inhibiteurs de radicaux libres et les piégeurs de bases servent tous deux à éliminer les substances qui saboteraient autrement le produit.

Le processus de fabrication

Les C.A.s sont produits dans des bouilloires chauffées pouvant contenir de quelques gallons à plusieurs milliers de gallons; la taille dépend de l'échelle de l'opération de fabrication particulière.

Création du polymère

• 1 L'ingrédient initial est le cyanoacétate d'éthyle. Placé dans une bouilloire émaillée avec des lames de mélange tournantes, ce matériau est ensuite mélangé avec du formaldéhyde. Le mélange des deux produits chimiques déclenche la condensation, un Les monomères séparés sont acheminés vers une deuxième kette. En passant d'un récipient à l'autre, les monomères se déplacent à travers une série de serpentins de refroidissement qui leur permettent de devenir liquides. Le contenu du deuxième récipient collecteur (celui contenant les monomères liquides) est effectivement le C.A. colle, bien qu'ils doivent encore être protégés contre le durcissement. Divers produits chimiques appelés inhibiteurs de radicaux libres et piégeurs de bases sont ajoutés pour précipiter les impuretés qui, autrement, durciraient le mélange. Après avoir reçu tous les additifs nécessaires, la colle est emballée en conséquence. réaction chimique qui produit de l'eau qui est ensuite évaporée lorsque la bouilloire est chauffée. Lorsque l'eau s'est évaporée, il ne reste dans la bouilloire que le C.A. polymère.
• 2 Parce que le C.A. commencera à durcir ou à durcir au contact de l'humidité, l'espace de la bouilloire laissé vide par l'évaporation de l'eau est rempli d'un gaz non réactif tel que l'azote.

Séparation des monomères du
polymère

• 3 Ensuite, la bouilloire est chauffée à une température d'environ 305 degrés Fahrenheit (150 degrés Celsius). Le chauffage du mélange provoque un craquage thermique du polymère, créant des monomères réactifs (chimiquement, des esters de cyanoacrylate d'éthyle ; avec un processus légèrement différent, des esters de cyanoacrylate de méthyle sont possibles) qui, lorsque la colle finie est appliquée, se recombinent pour former une liaison.
• 4 Parce que les monomères sont plus légers que le polymère, ils se volatilisent vers le haut et sont évacués de la bouilloire dans un deuxième collecteur. Le processus n'est pas sans rappeler la distillation, bien que l'objectif soit une colle plutôt qu'une boisson alcoolisée. En passant d'un récipient à l'autre, les monomères se déplacent à travers une série de serpentins de refroidissement qui leur permettent de devenir liquides. Une deuxième distillation peut être effectuée pour un produit de haute qualité, et certains fabricants peuvent même distiller les monomères une troisième fois.

Empêcher le durcissement

• 5 Le contenu du deuxième récipient collecteur (celui qui contient les monomères liquides) est effectivement le C.A. colle, bien qu'ils doivent encore être protégés contre le durcissement. Divers produits chimiques appelés inhibiteurs de radicaux libres et piégeurs de bases sont ajoutés pour précipiter les impuretés qui, autrement, durciraient le mélange. Étant donné que les quantités d'impuretés et de précipités sont faibles (mesurables en rien de plus de parties par million), il n'est pas nécessaire de les retirer du C.A. mélange. Si des particules de précipité étaient visibles, même sous plusieurs centaines de grossissements, ce serait le signe d'une forte contamination, et le lot serait détruit.

Additifs et emballages

• 6 Le C.A. la colle peut, à ce stade, recevoir tous les additifs que le fabricant souhaite. Ces additifs peuvent contrôler la viscosité du C.A. (en fait, au moins trois épaisseurs différentes sont vendues), ou ils peuvent permettre à la colle de fonctionner sur des types de matériaux que les C.A. antérieurs ne pouvaient pas. Une viscosité plus épaisse est souhaitée lorsque le collage doit être effectué sur des surfaces qui ne se rencontrent pas très bien; la viscosité plus épaisse permet à la colle de remplir les espaces vides avant qu'elle ne durcisse. Sans autres additifs, les C.A. pourraient devoir être limités aux surfaces non poreuses. Avec des additifs dans le C.A. ou avec une préparation de surface, le C.A. fonctionnera très bien. CALIFORNIE. la technologie est suffisamment mature pour qu'un fabricant puisse répondre à une demande d'un client pour un C.A. qui liera presque n'importe quelle paire de surfaces.
• 7 Le C.A. peuvent désormais être ajoutés aux tubes en utilisant des techniques conventionnelles, bien que sans humidité. Une fois qu'un tube est rempli, un haut est ajusté et serti, et le bas du tube est fermé par sertissage. Étant donné que la plupart des tubes métalliques réagiraient avec le C.A., les tubes d'emballage sont généralement constitués d'un matériau plastique tel que le polyéthylène, bien que des tubes en aluminium soient possibles. Une fois le C.A. est exposé à l'humidité ou à un alcalin, que ce soit dans l'air ou sur les surfaces à coller, les monomères se repolymériseront et durciront, formant une liaison extrêmement forte entre les deux substances. La réaction est totale; la totalité du montant de C.A. qui a été placé sur les substances va polymériser.

Contrôle qualité

Un contrôle de qualité minutieux doit être exercé si le produit doit fonctionner comme il est censé le faire. Étant donné que la polymérisation des monomères est une réaction universelle (elle se propage dans toute la quantité de colle appliquée sur une surface, de sorte qu'au moment où la réaction est terminée, il n'y a plus de colle non polymérisée), tout défaut à n'importe quelle étape du processus de fabrication peut affecter des milliers de gallons de matériel.

L'accent est mis sur la qualité des produits chimiques et des fournitures entrant dans l'usine. Idéalement, tous les fournisseurs ont approuvé des procédures de contrôle de la qualité pour assurer la livraison d'un produit de qualité à l'usine.

Bien que le processus de fabrication soit automatique, il est soigneusement contrôlé dans l'usine à toutes les étapes de l'exploitation. La durée du mélange, la quantité de mélange à chaque étape et la température doivent tous être surveillés par des opérateurs prêts à ajuster les machines si nécessaire.

Le produit fini est également testé avant expédition. Le plus important est la résistance au cisaillement, une mesure de la force nécessaire pour rompre le pouvoir de maintien de la colle. Les mesures de résistance au cisaillement atteignent généralement plusieurs milliers de livres de force par pouce carré.