Cas particulier des colles néoprènes

Généralités sur les colles de contact à base d’élastomères Il existe une diversité de colles selon les applications. Elles peuvent être classiées suivant leurs propriétés chimiques, leur mise en ÷uvre, leur mode de durcissement, la forme dans laquelle elles se présentent ou encore leur résistance [33]. Le Tableau I.2 résume les catégories de colles suivant les critères de classication. Les colles à base d’élastomère représentent près d’un tiers de la consommation mondiale des colles pour des applications industrielles et de la vie courante [26]. Pourtant, elles restent peu étudiées dans la littérature du collage en comparaison des epoxy par exemple. Elles ne nécessitent pas une vulcanisation et le choix d’une formulation adé- quate sut normalement pour obtenir le joint collé [36]. La vulcanisation dans certains cas d’utilisation permet toutefois d’obtenir de meilleures propriétés des joints collés. La formulation comprend généralement la base élastomère, des résines ajoutées, des solvants, des plastiants ou adoucissants, des charges, des pigments, des anti oxydants, des agents de réticulation et d’autres additifs. La majorité des colles à base d’élastomère sont des colles de contact. Elles nécessitent un double encollage (les deux surfaces à coller) et le joint collé est formé dès la mise en commun des deux surfaces.

La prise est alors immédiate (on ne peut plus réajuster les matériaux une fois le contact établi) mais la force ultime de collage n’est obtenue qu’au bout d’un certain temps. Le pouvoir d’adhérence immédiat de la colle est appelé le tack (green strength). La formation du joint collé est expliquée dans la littérature par un mécanisme de diusion des chaines de polymères entre elles et avec les surfaces des substrats [37]. Ce mécanisme sera expliqué en détail par la suite dans les théories de l’adhésion. Les colles de contact sont souvent utilisées sous forme liquide (élastomère dissout dans des solvants), ce qui permet une bonne mouillabilité sur les substrats à coller et une maîtrise de la viscosité nécessaire à la mise en ÷uvre. Une fois la solution de colle appliquée sur le substrat, le solvant s’évapore pendant un certain temps (drying time ou temps de gommage) avant collage. L’évaporation du solvant ne doit pas être totale si on veut permettre l’adhésion entre les deux lms. En eet, il est nécessaire d’avoir une quantité résiduelle de solvants qui jouera le rôle de plastiants en augmentant la mobilité moléculaire nécessaire à la diusion des chaînes de polymères entre elles lors de l’adhésion. Ce temps d’évaporation doit donc être inférieur au temps de travail (open time), au-delà duquel l’auto-adhésion et la diusion entre les polymères des deux lms de colle ne sont plus possibles. D’autre part, l’évaporation du solvant doit se faire dans un environnement contrôlé. La présence d’humidité par exemple, une fois le point de rosée atteint, entraîne la condensation d’eau dans l’adhésif et inhibe l’auto adhésion des élastomères. De manière générale, les facteurs qui augmentent la diusion et l’autoadh ésion des chaînes moléculaires augmentent la force d’adhésion cohésive.

Les colles néoprènes

Les colles de type néoprène sont des colles de contact à base de polychloroprène caractérisées par leur faible raideur et leur grande déformabilité. Elles possèdent un ensemble de propriétés qui découlent entre autres des propriétés de l’élastomère : résistance à l’humidité et au vieillissement en général, capacité à coller des substrats de nature très diérentes, utilisation dans une large gamme de température quand elles sont bien formul ées (de -40 C à 175 C), une forte adhésion surtout quand elle est combinée à des résines phénoliques par exemple [25, 26]. Cela leur vaut d’être utilisées dans des applications très diérentes : industrie des chaussures, collage de revêtements sur des métaux, automobile, génie civil, etc. Le peu de littérature existant sur les colles de type néoprène fait état de certains facteurs intrinsèques qui inuent sur leurs propriétés : La microstructure du polymère polychloroprène. Elle dépend des conditions de polymé- risation comme évoqué précédemment. Ainsi, la masse moléculaire, le taux de cristallinité et le degré d’embranchement ou la proportion de sol/gel dans le polymère sont quelques facteurs d’inuence. Une grande proportion de la conguration (1,4)-trans favorise en plus de la cristallinité, le tack et par conséquent augmente la force cohésive du lm d’adhésif. Aussi, plus le degré d’embranchement est élevé (fraction gel plus importante comme c’est le cas des colles Néoprène latex), plus la force cohésive est grande. La Figure I.7 résume ces eets de la structure du polychloroprène sur ses propriétés. Le choix des solvants. Il doit faciliter la mise en ÷uvre de la colle en modiant ses propri étés viscoélastiques mais aussi permettre de goner la couche surfacique des substrats à coller pour permettre une bonne adhésion aux interfaces. Ils ont une inuence sur certaines propriétés telles que le tack et le temps de gommage.

Les solvants communément utilisés sont à base d’esters, de cétones, de dérivés aromatiques, etc. Les agents de réticulation. Ils sont incorporés soit directement aux colles Néoprène, soit au moment de l’application comme durcisseur an d’augmenter la force d’adhésion et/ou la résistance aux hautes températures. Les durcisseurs souvent utilisés sont les thiocarbanilides, du triethyl trimethylene triamine et les polyisocyanates [26]. Même s’il a été montré qu’il y a une réaction de réticulation du polychloroprène en présence de l’isocyanate, les mécanismes réactionnels n’ont pas formellement été établis. En eet, la chimie du néoprène ne présente aucun site sur lequel la fonction isocyanate pourrait réagir. Il a été supposé que la conguration (1,2) obtenue lors de la polymérisation du polychloroprène subit une réaction d’élimination de l’atome de chlore et une transposition en milieu alcalin pour donner une fonction alcool sur laquelle peut réagir la fonction isocyanate [38, 39].

Modèle de la diusion et de l’interdiusion Cette théorie a été évoquée en premier par Voyutskii [51] en notant l’adhésion entre deux polymères entre eux (auto-adhésion). Il explique cette auto-adhésion par la diusion à l’interface des molécules de polymères entre elles (inter-diusion) après avoir noté la dépendance sur ce phénomène du temps de contact, de la température, de la masse molé- culaire et la viscosité des polymères. De Gennes montrera plus tard que l’interpénétration des macromolécules pendant l’inter-diusion se fait par reptation [52]. Plusieurs auteurs [53, 54, 55, 56] ont évalué les interfaces créées par des caractérisations physico-chimques et des observations microscopiques. Les résultats ont montré que dans certains cas, l’interface est une zone dans laquelle la densité varie graduellement d’un polymère à l’autre et peut s’étendre sur une épaisseur d’un à une centaine de nanomètres. C’est cette zone d’interdiusion encore appelée interphase qui assure la cohésion de l’assemblage. Aussi, Campion ajoutera en étudiant l’auto-adhésion entre diérents types d’élastom ères que la force d’adhésion dépend de la distance sur laquelle a lieu l’auto-adhésion. Cette distance dépend de la microstructure des polymères qui gouverne le degré de mobilit é des chaînes et le volume libre du polymère [37].

Il s’agit donc d’une approche volumique de la diusion à l’instar de la diusion de solvant dans un polymère. Ainsi, tout facteur favorisant cette mobilité et augmentant le volume libre contribue à l’interdiusion et par conséquent à la force d’adhésion. Toutefois, expliquer l’adhésion entre un substrat et un adhésif par l’interdiusion suppose que les deux ont des molécules mobiles et compatibles entre elles chimiquement et physiquement (en termes de diusion et de miscibilité). C’est pour cela que ce modèle est souvent utilisé pour expliquer l’adhésion entre deux élastomères de natures chimiques voisines qui satisfont à ces exigences comme l’adhésion des colles néoprène et plus géné- ralement des colles à solvant de contact à base d’élastomère. Aussi, pour ces derniers, la présence de solvants capables de goner et de plastier la surface des substrats à coller et la présence de solvants résiduels dans l’adhésif après évaporation et avant encollage sont nécessaires pour une meilleure adhésion. Enn, l’adhésion par interdiusion justie aussi le choix d’adhésifs à base d’élastom ères pour coller certains substrats élastomères. L’interdiusion devient cependant moins probable en présence de polymères présentant un certain taux de cristallinité ou fortement réticulés et dans le cas de matériaux de paramètres de solubilité diérents ou dans leur état vitreux.