Colle
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Anecdotes

La colle a été utilisée pour la conservation de la viande.

Les petits pots de colle blanche que mangeaient certains enfants à l'école étaient de la colle de farine mélangée à de l'huile d'amande amère, donc parfaitement comestible. Ces ingrédients sont utilisés dans la colle (Une colle ou la glu est un produit de nature liquide ou gélatineuse servant à lier des pièces entre elles. Ces pièces peuvent...) à papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales. Il se présente sous forme de feuilles...) professionnelle en livre d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :).

Principes généraux

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 (En physique, l'adhésion est l'ensemble des phénomènes physico-chimiques qui se produisent lorsque l’on met en contact intime deux matériaux, dans le but de créer une résistance...).

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 (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de...).

L’adhésion physicochimique regroupe la création de liaisons covalentes, électrostatiques et de Van der Waals entre l’adhésif et le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison...).

L’adhésion mécanique s’intéresse aux surfaces de contact. Par exemple, la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative,...) de l’ancrage mécanique stipule (En botanique, les stipules sont des pièces foliaires, au nombre de deux, en forme de feuilles réduites située de part et d'autre du pétiole, à sa base, au point d'insertion sur la tige.) qu’un matériau rugueux collera mieux qu’un matériau parfaitement lisse, jusqu’à une certaine limite où des bulles d’air se forment. Ceci implique que plus l’adhésif mouille le matériau, c’est-à-dire plus il occupe une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) importante sur le matériau, plus le collage sera résistant.

Un autre élément est la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un...) des polymères : si l’adhésif est composé de polymères, ceux-ci vont pouvoir passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) d’un matériau à l’autre et vont pouvoir "accrocher" le matériau.

Les différentes théories
Adhésion physico-chimique Adhésion mécanique
création de liaisons entre l’adhésif et le matériau :
  • covalentes (centaine de kJ/mol)
  • électrostatiques (variable)
  • hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) (10 à 20 kJ/mol)
  • de Van der Waals ( < 10 kJ/mol)
  • Ancrage mécanique (selon la rugosité du matériau)
  • Mouillage de l’adhésif sur le matériau (qui entraine une plus grande surface de contact)
  • Interdiffusion des polymères (dans le cas d’une colle polymère)

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. La colle est déposée sur le ou les substrats, et suivant le process l’affichage s’effectue après une période définie et la réaction conduisant aux propriétés finales commence alors.

Mais pour obtenir de bonnes performances, la colle doit être compatible avec le support. L'adhésion sur un solide fait ainsi intervenir deux notions principales :

  • L'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) solide, qui caractérise l'adhésion.
  • Le mouillage, qui caractérise l'étalement du liquide sur le solide.

La mouillabilité représente l'aptitude qu’a un liquide à occuper la plus grande surface possible lorsqu'on le dispose sur une surface solide. Il est nécessaire d’appréhender le principe d’énergie de surface pour comprendre les mécanismes de collage.

L' énergie superficielle d'un liquide, aussi appelée tension superficielle (La tension superficielle, ou énergie d'interface, ou énergie de surface, est la tension qui existe à la surface de séparation de deux milieux.), caractérise l'aptitude qu'a la surface d'un liquide à prendre la plus petite valeur possible dans un milieu donné. Elle caractérise également la cohésion d'un liquide puisqu'il faut vaincre les forces de cohésion interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée...) de celui-ci pour accroître cette surface. Mécaniquement, elle s'exprime comme une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles...) s'opposant à un accroissement de surface.

L'équilibre des forces donne l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les façons de...) de Young :

      g lv cos q + g sl = g sv      

Où g s, g sl, g l représentent l'énergie de surface du solide, l'énergie inter-faciale liquide solide et la tension (La tension est une force d'extension.) superficielle du liquide.

Énergie superficielle critique L'étalement du liquide n'est parfait que si l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) de contact A est nul. Cette valeur correspond à une valeur critique de l'énergie superficielle du solide qui permet de prédire que si :

      g l < g c alors A=0, le mouillage est bon.      g l > g c alors A est positif, le mouillage est mauvais.      

L’ensemble des forces qui s'établissent entre l'adhésif et la surface du solide peuvent être traduite comme suit :

Théorie mécanique : L'adhésion a longtemps été considérée comme étant un simple problème mécanique, la solidité du joint résultant de la pénétration de l'adhésif dans les aspérités de la surface solide. Ceci expliquerait une partie de l'adhésion.

Théorie électrique : L'adhésion serait due à l'établissement d'une couche électrique aux interfaces, les forces étant de nature électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles, c’est-à-dire de leurs interactions.). Cette théorie reste très controversée.

Théorie chimique : Elle interprète la liaison par la formation de liaisons covalentes entre deux corps en présence. Ceci n'a lieu que dans certains cas.

Théorie de la diffusion : Il y a inter-diffusion entre les deux surfaces en présence. Elle suppose la solubilité mutuelle des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.). Le collage du PVC en est un exemple.

Théorie thermodynamique : Elle indique l'établissement de liaisons faibles (forces de Van Der Waals) entre les surfaces. Ces forces s'exercent sur de faibles distances et existent dans tous les cas de figure. Les forces de Van Der Waals résultent de la dissymétrie de répartition des charges positives et négatives, entrainant la formation de dipôles aussi bien dans le polymère que dans le substrat et s'unissant tête-bêche. Ces différentes hypothèses montrent que les phénomènes d'adhésion ne sont pas encore bien élucidés.

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