L’adhésion: comment et pourquoi

 

L´adéquation aux matériaux	Types d´adhésifs et leurs utilisations		Les catégories de mastics et leurs utilisations
Introduction	Adhésifs pour métaux	Adhésifs pour céramiques	Introduction
Solvants	Adhésifs pour le bois	Colles pour cuir	Mastics au silicone
Nettoyage de surface	Adhésifs pour matières plastiques	Colles pour papier	Autres mastics
Echec de l´adhésion	Adhésifs pour le verre	Autres adhésifs

 

 

L´adéquation aux matériaux

Introduction

Il est indispensable de maîtriser quelques connaissances des principes physico-chimiques de l´adhésion pour obtenir les meilleurs résultats.

La plupart des échecs peuvent être dus à:

• L´inadéquation entre les adhésifs et les matériaux à coller
• Pour les utilisations durables dans le temps, l´inadéquation entre le type d´adhésif et les conditions environnementales
• L´inadéquation entre le type d´adhésif et les forces auxquelles la liaison adhésive va être soumise pendant sa durée de vie
• Le manque de préparation des surfaces

La sélection de l´adhésif ou du mastic convenant le mieux au travail désiré est critique. Dans le cas d´un échec de l´adhésif, l´observation du type de rupture peut aider à identifier la cause sous-jacente: si l´adhésif laisse des traces sur les deux côtés de la jonction des matériaux (rupture cohésive), le type d´adhésif ou les conditions de séchage ou de durcissement pourraient avoir été inadaptés. Par contre, si l´adhésif laisse des traces sur une seule des surfaces (rupture adhésive), il y a deux possibilités: soit l´adhésif n´est pas adapté à l´autre surface, soit la préparation de l´autre surface n´est pas suffisamment soignée.

Pour comprendre comment les adhésifs agissent, il est indispensable de considérer les forces entre la jonction adhésive et la surface du substrat ainsi que la cohésion interne nécessaire pour conserver les parties ensemble. En pratique, les compositions des adhésifs et des mastics peuvent exploiter une combinaison de forces adhésives et cohésives pour atteindre les propriétés désirées.
L´autre paramètre à prendre en considération est la propriété de mouillage de l´adhésif.

1.    Principaux types d´adhésion

a.    Adhésion par liaisons chimiques

Si des groupes chimiques potentiellement réactifs sont présents sur la surface des matériaux, il est possible de former des liaisons covalentes très fortes. C´est la raison pour laquelle des silanes promoteurs d´adhésion sont utilisés dans des adhésifs destinés au verre ou aux substances minérales dont la surface est riche en groupes hydroxyles qui réagissent chimiquement avec les silanes. Les résines époxy contiennent aussi des groupes réactifs capables de former des liaisons covalentes avec les groupes acides ou hydroxyles sur les surfaces.

Les liaisons ioniques sont presque aussi solides que les liaisons covalentes et ont été utilisées par exemple dans la deuxième génération d´adhésifs dentaires. La présence de fonctions organiques acides dans les polyesters utilisés dans une formulation d´adhésif facilite l´adhésion au métal par formation de sels métalliques sur la surface. Malheureusement, les liaisons ioniques sont sensibles à l´eau et pour cette raison, ces formulations adhésives furent abandonnées dans les générations suivantes d´adhésifs dentaires.

Le troisième type d´adhésion chimique est basé sur la liaison hydrogène. Celle-ci est en général plus faible que la liaison covalente ou la liaison ionique, mais elle peut malgré tout donner d´excellents résultats. La jonction réussie est fondée sur la disponibilité de groupes hydroxyles sur la surface et d´atomes d´oxygène ou d´azote dans l´adhésif et sur la surface des matériaux. Les liaisons hydrogène sont répandues dans les adhésifs d´origine animale ou végétale, ce qui explique leur bonne adhésion aux surfaces de bois ou de papier. Toutefois, ces liaisons sont affaiblies en présence d´humidité.

b.    Adhésion physique

Si les surfaces à coller sont poreuses, les adhésifs peuvent remplir les vides et les fixer ensemble mécaniquement. Certains adhésifs pour textiles sont basés sur ce mécanisme.
Les molécules peuvent porter des charges électriques et cet effet est utilisé en adhésion dispersive quand l´adhésif porte une charge opposée à celle du substrat. Ce sont les forces de van der Waals. Comme elles agissent à courte distance, elles sont surtout utilisées pour les adhésifs et les étiquettes autocollantes. Leur principal avantage est que ces supports peuvent être relativement facilement retirés ou réutilisés.
La jonction de matériaux au point de contact est appelée adhésion diffusive. Elle se produit quand les molécules appartenant respectivement à l´adhésif et au substrat sont solubles l´une dans l´autre. Ce type d´adhésion est utilisé pour coller plusieurs matières plastiques ensemble. Par exemple, un adhésif pour le PVC dur (non plastifié) est basé sur un solvant (le plus souvent une cétone comme la cyclohexanone ou le méthyl éthyl cétone ou encore le tétrahydrofurane ou THF) qui gonfle partiellement la surface de la matière plastique, permettant ainsi aux molécules de polymère de diffuser l´une dans l´autre. Ceci est aussi appelé une soudure à solvant.

 

2.    Mouillage des surfaces

Une bonne jonction adhésive exige que l´adhésif mouille (ou s´étale) sur les surfaces à coller. Le mouillage d´une surface est déterminé par son énergie de surface (force par unité de surface) ou tension de surface (force par unité de longueur). Par conséquent, la capacité d´un adhésif à mouiller une surface dépend du rapport entre sa tension de surface et des forces cohésives dans le liquide qui tendent à le faire rouler en boule.
En résumé, la tension de surface d´un adhésif liquide doit être inférieure à la tension de surface du substrat.

Les métaux et le verre ont des tensions de surface très élevées (>290 dynes/cm) alors que la plupart des polymères (matières plastiques) sont caractérisés par de basses (31-47 dynes/cm), de très basses tensions dans le cas des silicones (21 dynes/cm) et du Téflon™ (18 dynes/cm). Etant donné que l´eau a une tension de surface intermédiaire entre celles des métaux et des plastiques (73 dynes/cm), l´utilisation de l´eau comme solvant des adhésifs pose des difficultés pratiques (voir section sur les solvants). Cette difficulté peut être partiellement surmontée en utilisant des additifs tensio-actifs qui abaissent la tension superficielle.

Un bon mouillage est atteint quand la tension de surface de l´adhésif est inférieure à la tension de surface des surfaces à joindre. Cela explique pourquoi il est si difficile de coller des matériaux dont la tension de surface est basse comme le polyéthylène, le polypropylène, les silicones et le Téflon™. Cela exige une forme de préparation de surface pour augmenter l´activité superficielle.

 

Solvants

A l´exception des adhésifs thermofusibles et de plusieurs adhésifs ou mastics réactifs, les solvants sont communément utilisés dans les formulations pour les raisons suivantes:

• Ajustement de la viscosité
• Facilitation de l´étalement et du mouillage des surfaces à joindre
• Par évaporation, laisser un polymère de force cohésive élevée
• Pour certains plastiques, permettre la soudure

Les solvants sont aussi utilisés pour nettoyer les surfaces. En effet, des souillures superficielles comme les huiles et les graisses (naturellement secrétées par la peau) peuvent abaisser la tension superficielle des surfaces à joindre.
Il convient de distinguer les solvants organiques et l´eau.

1.    Eau

L´eau est bon marché, sans odeur, non toxique et ininflammable: elle est en principe le solvant de choix pour les adhésifs et les mastics.

Par contre, certains adhésifs à base d´eau ont leurs limitations propres et dans la mesure où la performance de l´adhésif est essentielle, il peut être préférable d´utiliser un adhésif à solvant organique (ou sans solvant).

Dans le cas de quelques polymères hydrophiles, en particulier ceux d´origine végétale ou animale, seule l´eau peut être utilisée.

Quelques polymères peuvent être fabriqués par un procédé en émulsion, ce qui leur permet d´être dispersés dans une formulation aqueuse, parfois avec l´addition de petites quantités d´un solvant organique soluble dans l´eau ou bien soluble dans les particules de polymère. Pendant le séchage les particules de polymère coalescent et forment une couche cohésive capable de joindre les parties à coller.

 

2.    Solvants organiques

A cause de craintes concernant la toxicité de certains solvants organiques et le risque associé d´exposition, la variété de solvants utilisés dans les adhésifs et mastics destinés au  grand public a décru récemment. Par contre, pour les applications industrielles, certains adhésifs basés sur les solvants organiques sont difficiles à remplacer car les exigences de performance sont très particulières.

Les solvants organiques facilitent grandement les opérations de nettoyage de surfaces avant application, et l´élimination d´excédents.

Des mélanges de solvants organiques sont aussi utilisés pour éliminer des traces laissées par des étiquettes ou des rubans auto-adhésifs, ainsi que des résidus de mousse polyuréthanne ou des cyanoacrylates sur la peau. Les décapants à peinture peuvent parfois aussi être utilisés dans certains cas.

Il est néanmoins préférable qu´avant d´utiliser ces solvants, le grand public s´informe des précautions d´usage. Des fiches de sécurité sont distribuées aux utilisateurs professionnels qui doivent d´ailleurs être spécialement formés. Les solvants les plus courants disponibles dans les magasins de bricolage ou dans des drogueries sont les suivants:

• Acétone: inflammable, soluble dans l´eau, pratique pour le dégraissage, odeur forte
• Ether de pétrole (pas celui utilisé comme carburant !), kérosène, white spirit (essence minérale): inflammable, insoluble dans l´eau, pratique pour le dégraissage: odeur forte excepté pour des qualités désodorisées
• Méthanol (alcool méthylé), éthanol (alcool dénaturé), isopropanol (alcool isopropylique): inflammables, solubles dans l´eau, moins bon pour le dégraissage: légère odeur.
• Acétate d´éthyle (solvant cellulosique): inflammable, insoluble dans l´eau, bon dégraissant ; odeur forte.

Les solvants chlorés (perchloréthylène, trichloréthylène, chlorure de méthylène, tétrachlorure de carbone) si efficaces sont rarement ou pas du tout disponibles alors que ce sont tous des dégraissants excellents. Le perchloréthylène est encore utilisé dans le nettoyage à sec.

 

Nettoyage de surface

Le mouillage satisfaisant des surfaces à coller ne peut être atteint que s´ils sont très propres. La présence de traces de graisse ou d´huile, y compris du sébum venant du contact avec les doigts, peut affecter la formation d´une liaison adhésive forte. En présence de rouille, de poussière ou de salissures, l´adhésif sera attaché au film de contaminant et non à la surface à laquelle il doit être fixé.

Dans le cas de certains métaux destinés à être utilisés en présence d´humidité, l´adhésif doit être choisi de façon à éviter la formation de rouille sous-jacente.

Il existe plusieurs méthodes de nettoyage des surfaces selon le type de contamination et la qualité de joint souhaitée.

 

a.    Mécanique

La surface est poncée au papier de verre ou avec d´autres abrasifs (sablage). La poussière formée doit être soigneusement éliminée, de préférence avec de l´eau chaude additionnée de détergent. L´abrasion augmente la surface disponible à l´adhésion. Par contre, si la surface est trop irrégulière, le film adhésif risque de s´épaissir ce qui affaiblirait la jonction. Les surfaces de bois doivent être parfaitement jointives et sèches, et tous les débris doivent être éliminés.

b.    Physique

Certains procédés capables de former des sites réactifs sur les surfaces difficiles comme le polyéthylène ne sont disponibles qu´industriellement ; c´est le cas des décharges corona ou à plasma, ou de la fluoruration en phase gazeuse.

c.    Application de primaires

Certaines surfaces poreuses ou devant être protégées de la rouille gagnent à recevoir une couche de primaire. L´application de primaire exige aussi un nettoyage approfondi.

d.    Lavage à l´eau ou au solvant

Les solvants organiques sont en général de bons dégraissants (en particulier les solvants chlorés qui tendent à disparaître à cause de leur toxicité); alternativement, l´eau chaude additionnée de détergent (ou de savon) ou bien l´eau pressurisée peuvent être utilisées avec succès. Le dégraissage à la vapeur est utilisé industriellement.

L´acétone donne de très bons résultats mais doit être utilisé avec précaution du fait de sa capacité à dissoudre certains plastiques et les peintures.

Les nettoyants pour vitres donnent souvent de bons résultats.

e.    Chimique

Certains produits chimiques sont utilisés industriellement pour préparer la surface des matériaux, en particulier les métaux qui deviennent plus réceptifs au mouillage. Les surfaces d´acier galvanisé peuvent être traitées par des solutions d´acide phosphorique alors que le mélange sulfochromique est utile pour d´autres surfaces métalliques à nettoyer et au verre. Les solutions fortement alcalines (15% de soude caustique – hydroxyde de sodium – dans l´eau) sont très efficaces dans certains cas. Tous ces mélanges sont très corrosifs et ne peuvent être mis en œuvre en toute sécurité que par du personnel qualifié.

Echec de l´adhésion

Par l´observation et par l´analyse des causes d´une rupture de la jonction adhésive, il est possible d´éviter des erreurs répétées comme la préparation inadaptée des surfaces, ou d´améliorer la sélection de l´adhésif.

La première étape consiste à identifier la localisation de la rupture de l´adhésion:

Rupture cohésive	Rupture adhésive	Rupture adhésive et cohésive	Rupture structurelle

 

• Rupture cohésive: les deux surfaces sont recouvertes d´adhésif qui s´est séparé ; cause probable: sélection incorrecte de l´adhésif.
  
  
• Rupture adhésive: l´adhésif s´est décollé d´une des surfaces ; cause probable: mauvaise préparation de la surface.
  
  
• Rupture adhésive et cohésive.
  
  
• Rupture structurelle: la rupture s´est faite dans un des matériaux à joindre ; cause probable: le matériau ne convient pas à l´usage auquel il est destiné.
  
  

La conception de la jonction doit aussi être prise en considération. Comment les forces conduisant à la rupture sont-elles appliquées ?

• Est-ce que la jonction a été ouverte en tirant les surfaces perpendiculairement l´une à l´autre ? Exemple: le papier peint se décollant en présence d´humidité excessive.
• Est-ce que la rupture de la jonction s´est faite dans le plan ? Exemple: assemblages en menuiserie ou décollement de carrelage en cas de propagation de crevasses dans le sol ou dans les murs.
• Est-ce que la jonction s´est rompue hors du plan ? Exemple: laminés ou composites soumis à des forces importantes ou aux vibrations.

Les conditions environnementales doivent aussi être prises en considération: lumière (en particulier les UV), l´humidité, les températures de service élevées, ou au contraire très basses rendant l´adhésif cassant.

 

Types d´adhésifs et leurs utilisations

Adhésifs pour métaux

Très souvent, les colles et les mastics sont vendus comme compatibles avec de nombreux matériaux. Cela a l´avantage d´éviter de conserver plusieurs types d´adhésifs en fonction de travaux futurs de bricolage. Il faut cependant être conscient que certains types d´adhésifs sont généralement plus performants que d´autres. Cela peut être important pour certains travaux.

Les métaux posent souvent des difficultés particulières à cause de leur propension à être contaminés par la graisse, les souillures ou la rouille. La préparation de surface doit être particulièrement soigneuse (voir section sur le nettoyage des surfaces).

Les meilleurs types d´adhésifs pour les métaux sont en général réactifs. A cause de leur réactivité, certaines précautions sont nécessaires (gants, lunettes) pour éviter le contact avec la peau ou les yeux: voir à ce propos la section sur la santé, la sécurité et l´environnement.

 

1.    Adhésifs époxy

Les adhésifs époxy sont en deux composants (la résine époxy et l´agent vulcanisant) qui doivent être intimement mélangés avant utilisation. Quand de faibles quantités suffisent, il est plus pratique de se procurer les deux composants dans des seringues dont les pistons sont pressés simultanément de sorte que leurs quantités relatives sont correctes.

Parce que la réaction chimique entre les deux composants démarre dès qu´ils sont mélangés, la durée de vie en pot (le temps s´écoulant jusqu´à ce que la viscosité double) ou la durée ouverte (le temps pendant lequel une jonction adhésive peut être réalisée) sont limités. En règle générale, plus la prise de l´adhésif est rapide, plus la durée de vie en pot est réduite.

Après la prise de l´adhésif, l´adhésion définitive se développe progressivement jusqu´à durcissement complet.

Les produits du commerce sont disponibles en plusieurs versions selon leur vitesse de prise.

Le tableau suivant donne une indication de leur vitesse à 20°C.

Type d´adhésif époxy	Rapide	Normal	Lent
Durée de vie en pot (± durée ouverte) @ 20°C	90 secondes	5 minutes	10 heures
Temps de durcissement	4 heures	4 heures	24 heures

 

Naturellement, plus la température d´application est basse, plus ces temps sont allongés, sans dépasser une limite inférieure indiquée par le fabricant. Inversement, le chauffage des parties assemblées dans un four jusqu´à 100°C raccourcira le temps de durcissement et résultera en général en une meilleure adhésion.

Une fois que les deux composants sont intimement mélangés en quantités égales, les pièces à coller doivent alors être recouvertes d´un mince film d´adhésif et pressées ensemble. N´importe quelle méthode peut  être utilisée (ruban, élastique, pinces, etc.) pour les maintenir jusqu´à durcissement complet.

L´excès d´adhésif peut être éliminé par un solvant organique (acétone, white spirit ou essence minérale).

2.    Adhésifs au méthacrylate

Les adhésifs au méthacrylate sont fréquemment utilisés dans la construction des automobiles à cause de leur capacité à faire adhérer le métal aux matières plastiques. Ils reposent sur le principe d´une polymérisation initiée par un activateur. On les appelle parfois « adhésifs acryliques de deuxième génération ». Ils sont particulièrement adaptés aux objets fabriqués en cuivre, bois, verre, aluminium, la pierre et quelques matières plastiques.

Ces adhésifs sont disponibles en deux versions:

• L´adhésif est dispensé à partir d´un tube sur une des parties à coller, et l´activateur sur l´autre
• Les deux composants sont dispensés à partir d´une double seringue puis mélangés avant utilisation

Une jonction adhésive est formée après quelques minutes, et l´adhésion définitive après quelques heures.
En général, les adhésifs au méthacrylate sont moins sensibles si les parties métalliques ne sont pas complètement dégraissées. En plus, ils sont généralement meilleurs pour le remplissage des espaces libres entre les pièces à joindre.

 

3.    Adhésifs au cyanoacrylates (« supercolles »)

Les adhésifs au cyanoacrylates sont très rapides étant donné qu´ils se rigidifient en quelques secondes à l´abri de l´air, au moment où les pièces sont assemblées.

Les meilleurs résultats sont obtenus avec de petites pièces. Les surfaces doivent être parfaitement planes (ou ajustées) et propres.

Il faut se rappeler que les adhésifs au cyanoacrylates collent presque instantanément à la peau: il faut donc porter des gants en latex au moment de les utiliser.

 

Adhésifs pour le bois

Différents types de colles à bois sont utilisés selon que le bois doit être conservé à l´extérieur ou à l´intérieur.

1.    Adhésifs pour usage intérieur

a. Adhésifs vinyliques et acryliques

Les adhésifs vinyliques sont des dispersions d´acétate de polyvinyle dans l´eau. Ils ont un aspect laiteux mais sont incolores après séchage. Des formulations à séchage rapide sont disponibles.

Leur usage principal est pour la menuiserie intérieure, à l´abri de l´humidité.

Les surfaces doivent être planes, poncées et libres de poussière. Le bois huileux ou ciré doit d´abord être dégraissé au moyen d´un chiffon imprégné de solvant.

Une mince couche de colle est appliquée à la brosse sur les deux côtés des pièces à joindre. Il est nécessaire de serrer les pièces ensemble jusqu´à ce que la colle soit tout à fait sèche.

Tout excès peut être essuyé avec un chiffon humide tant que la colle n´a pas encore séché.

D´autres adhésifs vinyliques (aussi dénommés latex synthétiques) sont utilisés pour coller les tapis et les carreaux de plastique. Les latex vinyliques sont bien adaptés au PVC mais les latex acryliques sont plus polyvalents.

La colle vinylique destinée au bois se fixe moléculairement et mécaniquement sur le substrat sans film, et nécessite un bon contact entre les surfaces à coller. En restauration, les surfaces ne sont jamais parfaitement en contact et la mise sous pression peut provoquer des dégradations. Sa réversibilité à l'eau n'est pas non plus assurée.

b. Colles anciennes d'origine animale

Historiquement, les colles synthétiques ont progressivement remplacé les colles anciennes d'origine animales principalement à cause de leur commodité d'utilisation et de leurs performances adhésives. A l'heure actuelle, ces colles sont couramment utilisées en menuiserie et pour la fabrication de meubles d'usage courant. Cependant, pour l'ébénisterie et spécialement pour la restauration de meubles anciens et pour la marqueterie, les colles synthétiques ont montré leurs faiblesses après un certain nombre d'années:

- Colles époxy: excellente adhésion au métal et au bois et bon accrochage mécanique dans les pores du bois, et moyen avec l'écaille et la corne. Par contre, quand l'air ambiant est asséché (chauffage central en hiver), l'humidité du bois ne peut traverser le film de colle et peut conduire à de la condensation et la formation de moisissures pourrissant le bois. En restauration, si les deux composants de la colle n'ont pas été mélangés en bonnes proportions, la marqueterie peut se décoller obligeant d'éliminer mécaniquement la résine durcie. Dans certains cas, la résine a pénétré le bois rendant impossible son élimination.

- Colles au Néoprène semi-contact: elles vieillissent relativement rapidement et ne conviennent pas à la restauration à cause de leur irréversibilité.

La colle utilisée au XVIIème siècle avant l'avènement des colles synthétiques a d'abord été préparée à partir des vessies natatoires de l'esturgeon. Comme la vessie natatoire se dilate et se contracte en permanence durant la vie du poisson, les fibres de collagène qui entrent dans sa constitution sont très souples. La colle qui en est dérivée forme un joint élastique qui ne durcit jamais complètement.

Devant la raréfaction des sources de colle de vessie natatoire, les ébénistes se sont tournés vers un mélange de colle d'os et de colle de nerf. Comme cette colle n'adhère pas chimiquement au métal utilisé en ébénisterie, elle est additionnée d'ail qui joue le rôle de tensio-actif. L'accrochage est amélioré en traçant des sillons griffés dans le métal.

A défaut de la colle de vessie natatoire, ou de colles d'os ou de nerf, pour les utilisations courantes, la colle de peau de lapin (ou colle Totin) peut donner des résultats satisfaisants. La colle est fournie en plaques ou en poudre (cette dernière peut contenir plus d'impuretés) qui se conserve indéfiniment. Pour l'emploi, les plaques ou la poudre sont diluées dans 90% d'eau à 60°C puis la colle est maintenue à cette température au bain-marie (sans bouillir).

La colle de peau de lapin a d'autres usages comme l'encollage de la surface du bois dans la fabrication d'icônes, pour la dorure (encadrements), l'enluminure et en mélange avec le gesso, la préparation des toiles pour la peinture artistique.

2.    Adhésifs pour usage extérieur

a.    Colles au polyuréthane

Les colles à bois au polyuréthane réagissent à l´humidité présente même sur le bois sec et forment des liaisons très fortes, même avec d´autres matériaux comme la mousse isolante au polystyrène, les tissus de verre et la brique ou le béton.
Ces colles sont généralement colorées, ce qui implique que tout excès doit être éliminé avant durcissement.

b.    Colles de contact au néoprène (polychloroprène)

Les adhésifs de contact sont le plus souvent utilisés pour coller des laminés sur le bois (ou bien les panneaux de particules, le liège, etc.). Ils sont vendus sous forme de liquides ou de gels, ces derniers étant particulièrement utiles pour les surfaces verticales.

Ces adhésifs sont appliqués sur les deux surfaces à coller avec un peigne et laissés sécher pendant quelques minutes jusqu´à ce que la surface ne soit plus collante au doigt. Les deux surfaces doivent ensuite être mises en position avec soin, par exemple en les séparant temporairement avec des morceaux de carton. Les cartons sont ensuite retirés un à un tout en pressant les deux surfaces l´une contre l´autre. Par après, on place un panneau au-dessus et on frappe toute la surface avec un marteau. On peut aussi utiliser des serre-joints quand cela est possible tout en évitant de laisser des marques dans le bois.

Il y a trois sortes de colles au néoprène:

• La colle au néoprène liquide. Elle contient un solvant volatil et inflammable exigeant une bonne ventilation. L´adhésion est instantanée.
• La colle au néoprène en gel. Elle ne coule pas et peut être appliquée comme une pâte. Elle est idéale pour des supports verticaux ou des plafonds. Sinon, elle se comporte comme une colle liquide.
• Le mastic de néoprène. Il est plus épais que le gel et est très utile pour coller des surfaces inégales. Les précautions sont les mêmes qu´avec les autres colles au néoprène.

c.    Adhésifs « marins »

Ces adhésifs ont en général deux composants (un liquide et une résine formaldéhyde/résorcinol en poudre) et sont formulés pour résister à l´immersion dans l´eau douce ou salée.

Il faut être attentif à éviter tout contact avec la peau car la colle est irritante.

Tout excès peut être essuyé avant la prise avec un mélange d´alcool et d´eau. Après cela, l´excès peut être poncé.

d.    Adhésifs thermofusibles

Les adhésifs thermofusibles sont vendus sous forme de baguettes qui sont insérées dans un « pistolet » spécial chauffé électriquement. En tirant sur la gâchette, le liquide visqueux est extrudé sur une des surfaces à coller puis durcit en moins d´une minute par refroidissement.
Les adhésifs thermofusibles pour le bricolage ne sont pas parmi les plus solides. Par contre, ils sont pratiques, notamment pour la construction de modèles et de maquettes. L´absence de solvants est aussi un avantage.

 

Adhésifs pour matières plastiques

Une des difficultés à surmonter en collant des plastiques est l´identification du type de matière plastique.

Certains plastiques ne peuvent pas être collés par des procédés conventionnels:

• Le polyéthylène, le polypropylène (sacs en plastique, isolation de tuyaux, jouets, conteneurs comme des seaux, fibres de tapis)
• La silicone (moules ou instruments pour la cuisine)
• Le polytetrafluoroéthylène ou Teflon™ (revêtements anti-adhésifs)

 

Par contre, d´autres plastiques peuvent être aisément collés si l´adhésif approprié est utilisé:

a.    Les plastiques durs comme le PVC non plastifié (tuyaux d´égout, châssis de fenêtres), les polyamides (Nylon™, Rilsan™ dans les composants électriques), le polystyrène (boîtiers électroniques, mousse isolante).

Les meilleurs résultats sont obtenus avec les colles époxy ou polyuréthane. La colle de bricolage au polystyrène est une solution de ce plastique dans un solvant (acétone). Il est recommandé pour le collage du polystyrène comme la mousse isolante ou les modèles réduits. La colle est transparente et sèche rapidement. Tout excès peut être éliminé grâce à un dissolvant.

La colle cellulosique est surtout utilisée en bricolage pour réparer la porcelaine, les objets décoratifs ou les modèles réduits. La liaison n´est pas particulièrement solide, mais le temps de prise court facilite le montage. C´est un adhésif de contact, ce qui signifie que les deux surfaces doivent d´abord être enduites avant l´assemblage. Une liaison permanente se forme après 24 heures. La colle est semi-transparente et supporte l´humidité ou la chaleur, dans certaines limites.

b.    Le PVC plastifié (également appelé « vinyle »: les ballons de plage, les imperméables, les couvertures de sièges, l´isolation des câbles électriques)
Il est nécessaire d´utiliser des colles formulées spécialement pour le PVC plastifié. En cas de crevaison, la colle est appliquée avec une rustine faite de vinyle transparent.
Les plastiques peuvent aussi être joints l´un à l´autre par une technique de soudure (« soudure au solvant »): un solvant organique est appliqué sur chaque surface afin de l´attaquer légèrement puis les surfaces sont pressées ensemble. Cette technique dépasse la portée de ce site.

 

Adhésifs pour le verre

1.    Adhésifs durcissant à la lumière

On peut profiter de la transparence naturelle du verre en utilisant une formulation particulière d´adhésif réagissant à la lumière (particulièrement les UV). Le durcissement peut être très rapide en absence d´air, après que les parties ont été assemblées.

Ces adhésifs peuvent aussi être utilisés pour fixer le verre à certaines matières plastiques.

2.    Adhésifs au cyanoacrylate

Les adhésifs au cyanoacrylate doivent être spécialement formulés pour le verre. En effet, la plupart des adhésifs courants au cyanoacrylate ne se fixent pas bien au verre lisse, et sont surtout utilisés pour des fixations rapides ou temporaires.

Ces adhésifs sont utiles au cas où les adhésifs photosensibles sont inutilisables quand le verre est opaque à la lumière.

Il faut prendre des précautions durant l´utilisation à cause parfois de la haute toxicité de certaines de ces colles.

 

Adhésifs pour céramiques

Le terme céramique désigne en général:

• • Le carrelage
  • La porcelaine
  • La poterie ou la faïence

Les travaux impliquant la céramique peuvent être très différents car le carrelage est destiné à être fixé aux murs ou au sol alors que la poterie ou la porcelaine nécessitent parfois des réparations.

1.    Carrelage

Le carrelage est collé à des sols ou des murs parfaitement plats avec une colle spécialement formulée pour carrelages. Cette colle est disponible soit en poudre destinée à être mélangée à l´eau, soit prête à l´emploi en seaux. Certains adhésifs pour carrelage sont spécialement formulés pour usage externe.
Contrairement au ciment, l´adhésif pour carrelage est suffisamment collant à l´état pâteux pour retenir le carrelage posé sur une surface verticale.
Le ciment remplissant l´espace entre les carrelages ou jointoiement est du mortier liquide ou coulis de ciment. Il est disponible en plusieurs couleurs, soit en poudre ou prêt à l´emploi.
L´adhésif pour carrelages est appliqué au peigne, ce qui permet d´ajuster la position désirée sur le support. Tant qu´il est humide, il a suffisamment d´adhérence immédiate pour éviter que le carrelage glisse ou tombe d´un mur.
Il est recommandé d´appliquer un produit de scellement sur le jointoiement dans les espaces sanitaires par pulvérisation pour éviter la pénétration d´humidité.

2.    Poterie, faïence et porcelaine

En ce qui concerne la poterie, les réparations doivent être aussi peu visibles que possible. Si la poterie est destinée à un musée, la réparation est conventionnellement apparente.
Des formulations spéciales sont recommandées selon le type de réparation:

• Pour fixer deux morceaux qui s´ajustent parfaitement, il faut utiliser des adhésifs au cyanoacrylate ou aux époxy rapides. On applique une couche mince de part et d´autre, on maintient ensemble pendant 15 secondes à une minute jusqu´à durcissement partiel, et enfin on continue de maintenir les morceaux ensemble avec du ruban adhésif ou un élastique jusqu´à durcissement complet.
• Les crevasses peuvent être remplies avec certaines colles très fluides au cyanoacrylate.
• L´excédent de colle peut être éliminé avant durcissement complet avec un chiffon imprégné de méthanol (alcool à brûler ou alcool dénaturé).

 

Colles pour cuir

En ce qui concerne le cuir, le cas le plus fréquent est celui d´une semelle à recoller. On utilise pour ce faire des adhésifs de contact ou des colles spéciales pour cuir exemptes de solvants organiques. Ces colles sont très flexibles et conviennent parfaitement à cet usage.
Les adhésifs de contact sont formulés à partir de Neoprène (chloroprène) dissous dans un solvant organique.
Il faut d´abord nettoyer les surfaces à coller au méthanol ou à l´alcool à brûler (ou dénaturé). Ensuite, les deux surfaces sont enduites d´adhésif et laissées à sécher pendant quelques minutes jusqu´à ce qu´elles ne soient plus collantes au toucher. Enfin, il faut les presser ensemble. A ce moment la force adhésive est déjà assez grande. Malgré tout, il est conseillé de fixer les parties ensemble pendant quelques heures.

 

Colles pour papier

Les utilisations non professionnelles des colles pour adhésifs sont nombreuses et font appel à des solutions techniques différentes:

1.    Colles pour papiers peints

Les colles pour papier peint sont préparées à partir de paillettes de méthylcellulose, mélangées à de l´eau pour obtenir une pâte. Ces colles existent en plusieurs qualités selon le poids du papier à coller. Les fabricants conseillent aussi d´augmenter la concentration d´adhésif sec pour les papiers les plus lourds.
Ces colles sont aussi disponibles dans une formule prête à l´emploi.
Selon les données sur ces colles dans Wikipedia, les pâtes pour papiers peints sont caractérisées par une viscosité de cisaillement typique et un pouvoir collant immédiat élevé à l´état humide. Ces propriétés sont nécessaires pour ralentir la pénétration de la colle dans le papier et dans le mur, et pour ralentir la vitesse de fixation afin de laisser le temps de positionner correctement le papier sur le mur.
Il faut appliquer la colle à la brosse sur le papier peint pour laisser l´humidité de l´adhésif détremper et pénétrer. Le papier va se dilater avant qu´il ne soit accroché au mur, ce qui pourrait provoquer des bulles d´air verticales dans chaque panneau quand la colle sèche des bords vers le centre. Si le papier peint est constitué de fibres de verre ou de non-tissé – car ce type de papier ne se déforme pas – l´adhésif est directement appliqué sur le mur.
Le papier peint est parfois vendu pré-encollé. Avant utilisation, le papier est trempé dans une gouttière remplie d´eau.
Pour faciliter l´élimination subséquente du papier peint, il est conseillé de protéger un plafonnage neuf par une couche de peinture primaire.

2.    Colles de bureau

A l´origine, les colles pour papier utilisées dans les bureaux et les écoles étaient faites à partir de gomme arabique. La gomme arabique convient très bien à cet usage, mais elle est malheureusement sensible à l´humidité. La gomme arabique a été progressivement remplacée par des colles au caoutchouc contenant des solvants organiques. La pratique du reniflage de colle a conduit au remplacement presque complet par des colles en bâton, et par des dispersions aqueuses de polymères. Les colles en bâton furent mises sur le marché par Henkel en 1969 ; elles seraient basées sur le poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) et sont en principe sans solvants organiques et non-toxiques.
Les colles en aérosol sont très pratiques pour coller de grandes surfaces de papier ou de carton, et évitent d´utiliser une brosse. Toutefois, les gaz propulseurs sont très inflammables et leur utilisation est progressivement contrôlée par la législation européenne sur les Composés Organiques Volatils (COV) qui contribueraient à la formation d´ozone troposphérique.

 

Autres adhésifs

Adhésifs au latex naturel

Les colles vendues comme adhésifs au latex « naturels » sont en fait une formulation complexe contenant plusieurs ingrédients dont la plupart sont renouvelables.

Un fabricant décrit la composition de sa colle comme un mélange de latex naturel, d´huile de lin cuite, d´eau, d´extrait de pelure d´orange (un mélange de terpènes), de l´huile de romarin (un autre mélange de terpènes), de caséine de lait, d´argile et d´un préservatif de la famille des thiazoles.

Elles ne peuvent être utilisées qu´à l´intérieur pour coller les tapis, le linoléum, les tissus, le papier, le jute ou le carton. Elles deviennent très dures après séchage.

Tout surplus doit être d´abord amolli avec un hydrocarbure (essence ou White Spirit) puis lavé à l´eau savonneuse et à la térébenthine.

Les utilisateurs doivent être conscients de la forte odeur aromatique qui peut s´atténuer avec le temps, et de la difficulté de retirer les tapis ou le linoléum sans endommager le parquet sous-jacent.

 

 

Les catégories de mastics et leurs utilisations

Introduction

Les mastics sont une catégorie d´adhésifs et sont principalement utilisés pour:

•    La prévention du passage d´humidité, d´eau ou d´air ou le calfeutrage
•    La fixation de parties dont les surfaces sont inégales

En général, les mastics ont une élasticité supérieure et un pouvoir adhésif inférieur à ceux des colles.

Le rebouchage ou l´égalisation de surface consiste à boucher des imperfections de surface dans un but décoratif ou de finition intérieure.

Si les matériaux à calfeutrer ont des coefficients de dilatation différents, les mastics doivent avoir suffisamment d´élasticité pour compenser les changements de dimensions tout en adhérant aux surfaces. Les murs intérieurs de nouvelles constructions qui ne se sont pas encore stabilisés sur leurs fondations peuvent former des petites crevasses ou des fentes.
La sélection du mastic dépend donc d´un travail donné et en particulier d´une estimation de mouvement qui peut se produire après que le mastic est sec et complètement polymérisé.
Les mastics de construction sont classés selon leur mouvement maximum ou encore le changement dimensionnel qu´ils peuvent supporter avant rupture, comme dans le tableau suivant.Par exemple, un mastic capable de supporter un changement dimensionnel de 10% peut remplir une crevasse de 3 cm qui peut s´agrandir jusqu´à 33 mm sans se fendre.

Catégories d´adhésifs et élasticité

Catégories de mastics	Changement dimensionnel maximum, %	Exemples
Rigides	0	Mastic de peintre (craie et huile de lin), polyester chargé
Plastique	5-12,5	Dispersions acryliques, silicone-acryliques, mastics bitumineux
Elastique	15-33	Silicones, polyuréthanes, polysulfures

 

A cause du développement du double vitrage remplaçant le simple vitrage, le mastic de peintre fabriqué à partir d´huile de lin et de craie n´est presque plus jamais utilisé. Une fois sec, il durcit et devient incapable de supporter des changements dimensionnels.

Le polyester chargé est composé d´un plastifiant et d´une poudre à mélanger avant usage dans les proportions dépendant de la viscosité cherchée. La pâte est utilisée pour réparer les carrosseries de voitures ou de bateaux. Après durcissement (environ une demi-heure à température ambiante) tout excès doit être poncé puis la surface peinte.

Les mastics plastiques peuvent fluer facilement en réponse à une force mais ont tendance à casser si celle-ci est appliquée répétitivement.

Les mastics élastiques peuvent aussi changer de forme en réponse à une force, mais comme les caoutchoucs, ils peuvent reprendre leur forme originale quand la force n´est plus appliquée. Tant que les changements dimensionnels restent dans certaines limites, ils peuvent supporter indéfiniment des mouvements répétitifs.

Certains mastics sont formulés pour combiner des propriétés élastiques et plastiques.

La norme ISO 11600 (1993) définit les classes auxquelles les mastics de construction appartiennent. En principe, la classe est imprimée sur l´étiquette du produit sous forme de code. Les mastics de classe G sont réservés aux vitrages, alors que la classe F est adaptée à des éléments opaques. La lettre est suivie par un nombre définissant l´aptitude du mastic à retrouver sa forme originale après déformation. Il y a quatre sous-classes: 7,5, 12,5, 20 et 25 correspondant respectivement à la déformation maximale relative aux dimensions initiales.

Enfin, les classes de mastics 20 et 25 sont réparties en deux sous-classes selon le module sécant qui peut soit être élevé (sous-classe HM) sit bas (sous-classe LM). En termes simples, un mastic à module élevé est plus raide. Cela veut dire que les mastics à module élevé sont préférés quand leur résistance doit être importante, alors que les mastics à modules bas peuvent s´allonger sans grande résistance.

Le tableau suivant résume les utilisations principales des mastics à module HM, LM et moyen.

 

Modules de mastics typiques selon utilisation

Module	Utilisation principale
Elevé (HM)	Double vitrage
Moyen	Calfeutrage
Faible (LM)	Indiqués pour les substrats poreux dont les mouvements sont importants ; gainage

L´autre propriété importante des mastics est leur compatibilité avec les conditions extérieures ou intérieures.

Comme pour les adhésifs une bonne préparation des surfaces à mastiquer est indispensable: celles-ci doivent être sèches, libres de poussière et dégraissées. Les crevasses et les fentes doivent d´abord être ouvertes en V avec un outil approprié. Si l´on place du ruban de masquage sur les bords de la zone à mastiquer, le résultat peut être esthétiquement plaisant même pour les non-experts.

Les crevasses profondes doivent d´abord être bouchées par un matériau de soutien comme une tige de renfort d´envers souple dont la largeur est au moins de 25% supérieure à l´espace à remplir.

Comme pour les adhésifs, plusieurs chimies sont utilisées pour formuler des mastics aux propriétés différentes, ou bien pour satisfaire la demande de produits bon marché. Les chapitres suivants décrivent les principaux types que l´on trouve dans le commerce.

Mastics à la silicone

Les mastics à la silicone sont en général considérés comme de qualité supérieure grâce à leur durabilité, flexibilité et résistance aux intempéries. Il y a deux types principaux de mastics à la silicone selon la méthode de polymérisation. Quel que soit leur type, ils peuvent être formulés pour être opaques ou transparents, et peuvent également contenir un biocide pour empêcher la formation de moisissure noire sur la surface dans des conditions humides.

Les mastics à la silicone sont réactifs dans le sens qu´ils polymérisent en présence de l´humidité naturellement présente dans l´air. Selon le système utilisé, ils peuvent émettre une odeur (alcool ou vinaigre) pendant quelques jours jusqu´à ce que la réaction soit terminée. La polymérisation est en deux étapes: en quelques minutes la surface n´est plus collante mais il faut parfois plusieurs semaines avant que les propriétés définitives soient atteintes.

Certains fabricants ajoutent des diluants pour abaisser le coût. Dans la plupart des cas, ce n´est pas un inconvénient parce que le mastic polymérisé va se contracter légèrement, laissant une surface concave. Dans certains cas, le diluant peut tacher des surfaces comme le marbre. Il faut alors choisir un mastic adapté à la pierre naturelle si on veut éviter cet inconvénient.

Le tableau suivant résume les propriétés et les utilisations les plus courantes des deux principales catégories de mastics à la silicone, selon leur système de polymérisation.

Systèmes de polymérisation des mastics à la silicone (polymérisation à température normale – un composant ou RTV-1)

Type de polymérisation	Temps de polymérisation	Adhésion	Incompatibilités	Autres propriétés
Acide (acétoxy)	Rapide	Bonne	Métaux (corrosion)	Odeur de vinaigre pendant la polymérisation
Neutre (oxime, alcoxy ou benzamide)	Plus lent	Plus faible	Aucune (sélectionner des types non tachants pour la pierre naturelle)	Excellente résistance à la chaleur et aux hydrocarbures, pas d´odeur de vinaigre pendant la polymérisation

 

Les silicones sont généralement difficiles à peindre, surtout si la peinture est à base d´eau.

Autres mastics

Plusieurs types de mastics sont disponibles pour des applications moins exigeantes, par exemple quand les considérations économiques sont plus importantes. Ils se retrouvent souvent dans les mêmes marchés. Les plus connus sont cités dans le tableau suivant.

 

Mastics sans silicone

Type de mastic	Principales propriétés et utilisations
Butyle	Faible perméabilité au gaz; excellent isolant thermique et éléctrique; utilisé en construction, fabrication d´automobiles et d´éléctromenager, réparation des revêtements de toits en caoutchouc, entretien. Disponible en rubans, en pains et en cartouches.
Asphalte (bitume)	Résiste à l´eau et aux hydrocarbures (huile, carburants) ; utilisé pour les chemins d´accès
Polyuréthane	Remplissage des crevasses ; la mousse a des propriétés isolantes
Polysulfures	Résistance aux hydrocarbures (carburants) ; principalement utilisés pour les doubles vitrages et la construction des aéroports
Polymères hybrides	Tenaces mais moins résistants au vieillissement que les silicones ; non tachants ; principalement utilisés dans les transports
Acrylique	Dispersions acryliques dans l´eau ; peuvent être peints : principalement utilisés en construction quand la souplesse et la résistance à l´eau sont moins critiques.