Colles et adhésifs

Spécialité physique-chimie
Thème 3: matériaux colles et
adhésifs
|Thème : matériaux |
|Type de ressources : textes, graphiques, vidéos, images |
|Notions et contenus : structures et propriétés physico-chimiques - |
|colles et adhésifs |
|Compétence travaillée ou évaluée : extraire et exploiter |
|Nature de l'activité : documentaire et expérimentale |
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|Résumé : |
|Textes, graphiques et vidéos expliquant le principe de l'adhésion et la|
|résistance d'une colle. |
|Mots clefs : colle, adhésif, force, polymérisation, viscosité, molécule|
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|Académie où a été produite la ressource : Nancy-Metz | Compétences sur « Extraire et exploiter » |Compétence |
|Extraire |
|S'interroger de manière critique sur... |
|la valeur scientifique des |X |
|informations | |
|la pertinence de leur prise en compte | |
|Choisir ... |
|de manière argumentée | |
|ce qui est à retenir dans des | |
|ensembles | |
|Distinguer la connaissance objective et rationnelle.... |
|de l'opinion | |
|de la croyance | |
|Supports d'information |
|Textes de vulgarisation |X |
|Textes scientifiques en français |X |
|Textes scientifiques en langue | |
|étrangère | |
|Tableaux de données | |
|Constructions graphiques |X |
|Vidéos |X |
|Signaux délivrés par des capteurs | |
|Spectres | |
|Modèles moléculaires |X |
|Expériences réalisées |X |
|Expériences simulées | |
|Exploiter |
|Identification des grandeurs physiques|X |
|Identification des grandeurs chimiques| |
|Modélisation |X |
|Établissement des équations du modèle | |
|Traitement mathématique des équations | |
|Traitement numérique des équations | |
|Traitement graphique des équations | |
|Exploitation qualitative |X |
|Analyse dimensionnelle |X |
|Comparaison d'ordres de grandeur | |
|Communication en tant que scientifique| |
|Analyse critique d'un résultat | | SPECIALITE PHYSIQUE-CHIMIE Terminale S
Colles et adhésifs 1. Documentation
1. Théorie de l'adhésion (wikipédia) Plusieurs modèles ont été imaginés pour expliquer le fonctionnement de la
colle. Aucun n'explique entièrement le phénomène, et il est probable que
plusieurs coexistent. Le phénomène est appelé adhésion.
Les principales théories sur l'adhésion dans le cas d'un adhésif peuvent
être regroupées en deux catégories : l'adhésion physicochimique et
l'adhésion mécanique.
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|Les différentes théories |
|Adhésion physico-chimique |Adhésion mécanique |
|création de liaisons entre | |
|l'adhésif et le matériau : |Ancrage mécanique (selon la rugosité du |
|covalentes (centaine de |matériau) |
|kJ/mol) |Mouillage de l'adhésif sur le matériau (qui |
|électrostatiques (variable) |entraine une plus grande surface de contact) |
|hydrogène (10 à 20 kJ/mol) |Interdiffusion des polymères (dans le cas |
|de Van der Waals ( < 10 |d'une colle polymère) |
|kJ/mol) | | On peut définir le collage comme le procédé permettant de maintenir de
façon durable et solide deux substrats entre eux. La liaison entre ces deux
supports est alors d'origine chimique, et non mécanique. Exemple : Les cyanoacrylates
[pic] [pic]
Il polymérise rapidement en présence d'anions (la polymérisation anionique
démarre le plus souvent grâce à l'humidité naturellement présente sur les
substrats, bien que dans certains rares cas, un amorceur anionique - tel
l'hydroxyde, les amines, les alcools, etc. - puisse être utilisé). Dans ce
cas précis, l'humidité suffit à amorcer la polymérisation, l'intermédiaire
réactionnel étant stabilisé par la présence du groupement carbonyle et du
groupement cyano en position alpha du carbanion. Lors de la polymérisation,
il y a formation de longues et solides chaînes polaires. (d'après
Wikipédia) 2. Vidéo la colle http://videotheque.cnrs.fr/index.php?urlaction=doc&id_doc=2268: film la
colle
3. Pourquoi la colle colle ... ??? Coller, c'est appliquer sur la surface de deux éléments solides un produit
fluide qui, en durcissant, va assurer une liaison forte et stable entre les
matériaux que l'on veut assembler. A condition d'avoir choisi la colle
appropriée ! Lors de l'application de la colle sur les surfaces qu'on désire sceller, la
colle pénètre par capillarité dans les pores et les aspérités des matériaux
qu'on s'apprête à fixer entre eux. Elle forme alors un ruban fluide dont
les tentacules vont, dès que la colle aura durci, maintenir les deux pièces
à coller en un contact intime. Impossible de dissocier les éléments
joints... sauf si la pénétration de la colle dans les matériaux n'a pas été
suffisante. Car, pour obtenir la meilleure résistance possible à
l'arrachement, il faut que la colle, en s'infiltrant partout, ait réussi à
augmenter la surface réelle de contact entre les deux éléments voués à
l'union. Une bonne répartition de la colle peut permettre de doubler cette
surface ! Il faut que la colle mouille
La première qualité de la colle est donc de bien s'étaler. Mieux elle y
parvient, moins elle emprisonnera de bulles d'air contrariantes au fond des
minuscules alvéoles des matériaux. Si des bulles restent coincées, elles
seront sous pression et pourraient être à l'origine d'un décollement. Voilà
pourquoi il faut que la colle mouille. Ainsi elle se répartit au mieux et,
en séchant, va former des sortes de crochets sur les deux surfaces à
coller. Ces crochets vont s'imbriquer et tenir solidaires les différentes
parties à sceller. Plus cet ancrage est profond, plus il compte de points
d'appui, plus le collage est réussi. C'est pourquoi la rugosité des
matériaux à coller doit être régulière. Si des écarts trop importants se
forment, les risques de créer des poches d'air augmentent. En fait, la
colle réalise un ancrage mécanique à travers des liaisons chimiques qu'elle
installe avec les solides à assembler. Ces liaisons sont de deux types :
l'un appelé covalent, l'autre ionique. Dans la liaison covalente, les
atomes de colle partagent certains de leurs électrons avec ceux du
matériau. Ainsi pour les métaux, les colles dites « époxy » attaquent
chimiquement la surface, créant des liaisons covalentes. La liaison
ionique, elle, s'établit quand deux atomes de charge électrique opposée
s'attirent. C'est le type de liaison qu'utilise la simple colle blanche
pour faire tenir deux feuilles de papier entre elles ; il en va de même
pour l'assemblage du carton et du bois. A chaque matériau son mode de collage
Comment assembler deux matériaux polymères, appelés plus simplement
plastiques ? Pour être efficaces, les colles utilisées doivent être formées
des mêmes molécules que celles des polymères à joindre. Sous une forme
liquide, les molécules de la colle pénètrent dans les deux solides, se
mêlent à eux et réagissent avec leurs molécules pour former de nouvelles
chaînes moléculaires. Le phénomène permet de faire passer ces chaînes d'un
solide à l'autre, le tout formant alors un maillage très résistant. Quant à
la super glue, révolution moderne de la colle, elle fait appel à un
ingrédient appelé cyanoac