Honnêtement, ce ne sera pas ennuyeux, surtout si vous aimez les caoutchoucs extensibles. En poursuivant votre lecture, vous découvrirez presque tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les mastics silicone monocomposants.
1) Ce qu'ils sont
2) Comment les réaliser
3) Où les utiliser
Introduction
Qu'est-ce qu'un mastic silicone monocomposant ?
Il existe de nombreux types de mastics à durcissement chimique ; le silicone, le polyuréthane et le polysulfure sont les plus connus. Leur nom vient de la structure des molécules impliquées.
L'ossature en silicone étant :
Si – O – Si - O – Si – O – Si
Le silicone modifié est une technologie nouvelle (du moins aux États-Unis) et désigne en réalité un squelette organique durci par la chimie du silane. L'oxyde de polypropylène à terminaison alcoxysilane en est un exemple.
Tous ces produits chimiques peuvent être monocomposants ou bicomposants, ce qui dépend évidemment du nombre de composants nécessaires pour obtenir le durcissement. Ainsi, un composant signifie simplement ouvrir le tube, la cartouche ou le seau et votre matériau durcira. Normalement, ces systèmes monocomposants réagissent avec l'humidité de l'air pour former du caoutchouc.
Ainsi, un silicone monocomposant est un système qui reste stable dans le tube jusqu'à ce qu'il durcisse, exposé à l'air, pour produire un caoutchouc de silicone.
Avantages
Les silicones monocomposants présentent de nombreux avantages uniques.
Correctement formulés, ils sont très stables et fiables, avec une excellente adhérence et d'excellentes propriétés physiques. Une durée de conservation (temps pendant lequel le produit peut être laissé dans le tube avant utilisation) d'au moins un an est normale, certaines formules pouvant durer de nombreuses années. Les silicones offrent également incontestablement les meilleures performances à long terme. Leurs propriétés physiques évoluent peu au fil du temps, sans effet sur l'exposition aux UV. De plus, ils présentent une excellente stabilité thermique, supérieure d'au moins 50 °C à celle des autres mastics.
Les silicones monocomposants durcissent relativement rapidement : ils forment généralement une peau en 5 à 10 minutes, deviennent non collants en une heure et durcissent en un caoutchouc élastique d'environ 1/10 de pouce d'épaisseur en moins d'une journée. Leur surface offre un toucher caoutchouteux agréable.
-Comme ils peuvent être rendus translucides, ce qui est une caractéristique importante en soi (la translucidité est la couleur la plus utilisée), il est relativement facile de les pigmenter dans n'importe quelle couleur.
Limites
Les silicones présentent deux limitations principales.
1) Ils ne peuvent pas être peints avec de la peinture à base d'eau - cela peut également être délicat avec de la peinture à base de solvant.
2) Après durcissement, le mastic peut libérer une partie de son plastifiant silicone qui, lorsqu'il est utilisé dans un joint de dilatation de bâtiment, peut créer des taches disgracieuses le long du bord du joint.
Bien sûr, en raison de la nature même du produit, il est impossible d'obtenir un durcissement rapide et profond, car le système doit réagir avec l'air, durcissant ainsi de haut en bas. Plus précisément, les silicones ne peuvent pas être utilisés comme seul joint d'étanchéité dans les fenêtres en verre isolant. En effet, bien qu'ils soient excellents pour empêcher l'eau liquide de pénétrer, la vapeur d'eau traverse relativement facilement le caoutchouc de silicone durci, ce qui provoque la formation de buée sur les vitrages isolants.
Zones de marché et utilisations
Les silicones monocomposants sont utilisés à peu près partout et partout, y compris, au grand dam de certains propriétaires de bâtiments, lorsque les deux limitations mentionnées ci-dessus causent des problèmes.
Les marchés de la construction et du bricolage représentent le volume le plus important, suivis par l'automobile, l'industrie, l'électronique et l'aérospatiale. Comme tous les mastics, la fonction principale des silicones monocomposants est d'adhérer et de combler l'espace entre deux substrats, similaires ou différents, afin d'empêcher l'eau ou les courants d'air de pénétrer. Parfois, une formulation ne subit pratiquement aucune modification, si ce n'est pour la rendre plus fluide, puis devenir un revêtement. La meilleure façon de distinguer un revêtement, un adhésif et un mastic est simple. Un mastic assure l'étanchéité entre deux surfaces, tandis qu'un revêtement n'en recouvre et n'en protège qu'une seule, tandis qu'un adhésif maintient solidement deux surfaces ensemble. Un mastic ressemble beaucoup à un adhésif lorsqu'il est utilisé dans le vitrage structurel ou le vitrage isolant, mais il assure toujours l'étanchéité des deux substrats en plus de les maintenir ensemble.
Chimie de base
À l'état non polymérisé, le mastic silicone se présente généralement sous la forme d'une pâte ou d'une crème épaisse. Exposés à l'air, les groupes réactifs terminaux du polymère silicone s'hydrolysent (réagissent avec l'eau) puis s'agglutinent, libérant de l'eau et formant de longues chaînes polymères qui continuent de réagir entre elles jusqu'à ce que la pâte se transforme en un caoutchouc performant. Le groupe réactif terminal du polymère silicone provient de l'élément le plus important de la formulation (hors polymère lui-même), à savoir le réticulant. C'est lui qui confère au mastic ses propriétés caractéristiques, soit directement, comme l'odeur et la vitesse de polymérisation, soit indirectement, comme la couleur, l'adhérence, etc., grâce aux autres matières premières pouvant être utilisées avec des systèmes de réticulation spécifiques, comme les charges et les promoteurs d'adhérence. Le choix du réticulant approprié est essentiel pour déterminer les propriétés finales du mastic.
Types de séchage
Il existe plusieurs systèmes de séchage différents.
1) Acétoxy (odeur de vinaigre acide)
2) Oxime
3) Alcoxy
4) Benzamide
5) Amine
6) Aminoxy
Les oximes, les alcoxys et les benzamides (plus largement utilisés en Europe) sont des systèmes dits neutres ou non acides. Les systèmes amines et aminoxys ont une odeur d'ammoniac et sont généralement utilisés dans les secteurs automobile et industriel, ou pour des applications spécifiques de construction extérieure.
Matières premières
Les formulations comprennent plusieurs composants différents, dont certains sont facultatifs, en fonction de l’utilisation finale prévue.
Les seules matières premières absolument indispensables sont le polymère réactif et l'agent de réticulation. Cependant, des charges, des promoteurs d'adhérence, des polymères non réactifs (plastifiants) et des catalyseurs sont presque toujours ajoutés. De plus, de nombreux autres additifs peuvent être utilisés, tels que des pâtes colorantes, des fongicides, des ignifugeants et des stabilisants thermiques.
Formulations de base
Une formulation typique de mastic de construction ou de bricolage à base d'oxime ressemblera à ceci :
| % | ||
| Polydiméthylsiloxane, terminé par OH 50 000 cps | 65,9 | Polymère |
| Polydiméthylsiloxane, à terminaison triméthyle, 1000 cps | 20 | plastifiant |
| Méthyltrioximinosilane | 5 | agent de réticulation |
| Aminopropyltriéthoxysilane | 1 | Promoteur d'adhésion |
| silice pyrogénée d'une surface spécifique de 150 m²/g | 8 | Remplissage |
| Dilaurate de dibutylétain | 0,1 | Catalyseur |
| Total | 100 |
Propriétés physiques
Les propriétés physiques typiques comprennent :
| Allongement (%) | 550 |
| Résistance à la traction (MPa) | 1.9 |
| Module à 100 allongements (MPa) | 0,4 |
| Dureté Shore A | 22 |
| Temps de formation de la peau (min) | 10 |
| Temps de séchage hors-peau (min) | 60 |
| Temps de grattage (min) | 120 |
| Temps de guérison (mm en 24 heures) | 2 |
Les formulations utilisant d'autres agents de réticulation seront similaires, avec peut-être des différences au niveau du taux d'agent de réticulation, du type de promoteur d'adhérence et des catalyseurs de durcissement. Leurs propriétés physiques varieront légèrement, sauf en cas d'utilisation d'allongeurs de chaîne. Certains systèmes sont difficiles à fabriquer sans l'utilisation d'une grande quantité de charge de craie. Ces types de formulations ne peuvent évidemment pas être produits en version transparente ou translucide.
Développement de produits d'étanchéité
Le développement d’un nouveau produit d’étanchéité se déroule en trois étapes.
1) Conception, production et tests en laboratoire - très petits volumes
Ici, le chimiste du laboratoire a de nouvelles idées et commence généralement par un mélange manuel d'environ 100 grammes de mastic, simplement pour observer son durcissement et le type de caoutchouc produit. FlackTek Inc. propose désormais une nouvelle machine, le « Hauschild Speed Mix ». Cette machine spécialisée est idéale pour mélanger ces petits lots de 100 g en quelques secondes tout en expulsant l'air. Ceci est important car cela permet au développeur de tester réellement les propriétés physiques de ces petits lots. La silice pyrogénée ou d'autres charges, telles que les craies précipitées, peuvent être mélangées au silicone en environ 8 secondes. La désaération prend environ 20 à 25 secondes. La machine fonctionne grâce à un double mécanisme de centrifugation asymétrique qui utilise les particules elles-mêmes comme bras de mélange. La taille maximale du mélange est de 100 grammes et plusieurs types de godets sont disponibles, y compris des godets jetables, ce qui évite tout nettoyage.
L'élément clé du processus de formulation réside non seulement dans le choix des ingrédients, mais aussi dans l'ordre d'ajout et les temps de mélange. Bien entendu, l'élimination de l'air est essentielle pour la conservation du produit, car les bulles d'air contiennent de l'humidité, ce qui favorise le durcissement du mastic de l'intérieur.
Une fois que le chimiste a obtenu le type de mastic requis pour son application, il utilise un mélangeur planétaire d'un litre pouvant produire environ 3 à 4 petits tubes de 110 ml (3 oz). Ce matériau est suffisant pour les tests initiaux de durée de conservation et d'adhérence, ainsi que pour toute autre exigence particulière.
Il peut ensuite utiliser une machine de 1 ou 2 gallons pour produire 8 à 12 tubes de 10 oz afin de procéder à des tests plus approfondis et à des échantillonnages clients. Le produit d'étanchéité est extrudé du pot à travers un cylindre métallique dans la cartouche qui s'adapte sur le cylindre d'emballage. Après ces tests, il est prêt à passer à l'échelle supérieure.
2) Mise à l'échelle et réglage fin - volumes moyens
Lors de la montée en puissance, la formulation de laboratoire est désormais produite sur une machine plus grande, généralement de 100 à 200 kg, soit environ un fût. Cette étape a deux objectifs principaux.
a) pour voir s'il y a des changements significatifs entre la taille de 4 lb et cette taille plus grande qui peuvent résulter des taux de mélange et de dispersion, des taux de réaction et des différentes quantités de cisaillement dans le mélange, et
b) produire suffisamment de matériel pour échantillonner les clients potentiels et obtenir un retour d'information réel sur le terrain.
Cette machine de 50 gallons est également très utile pour les produits industriels lorsque de faibles volumes ou des couleurs spéciales sont requis et qu'un seul tambour de chaque type doit être produit à la fois.
Il existe plusieurs types de malaxeurs. Les deux plus couramment utilisés sont les malaxeurs planétaires (comme illustré ci-dessus) et les disperseurs à grande vitesse. Un malaxeur planétaire est adapté aux mélanges à forte viscosité, tandis qu'un disperseur est plus performant, notamment pour les systèmes fluides à faible viscosité. Pour les mastics de construction classiques, les deux machines peuvent être utilisées, à condition de tenir compte du temps de malaxage et de la chaleur potentielle générée par un disperseur à grande vitesse.
3) Quantités de production à grande échelle
La production finale, qui peut être par lots ou en continu, reproduit simplement la formulation finale issue de l'étape de mise à l'échelle. Généralement, une quantité relativement faible (2 ou 3 lots ou 1 à 2 heures de production continue) de matériau est d'abord produite dans l'équipement de production, puis contrôlée avant le lancement de la production normale.
Tests - Quoi et comment tester.
Quoi
Propriétés physiques - Allongement, résistance à la traction et module
Adhérence au substrat approprié
Durée de conservation - accélérée et à température ambiante
Taux de durcissement - Peau au fil du temps, temps de séchage hors-poisse, temps de rayure et durcissement complet, stabilité des couleurs à la température ou stabilité dans divers fluides tels que l'huile
De plus, d’autres propriétés clés sont vérifiées ou observées : consistance, faible odeur, corrosivité et aspect général.
Comment
Une feuille de mastic est étirée et laissée à durcir pendant une semaine. Une haltère spéciale est ensuite découpée et placée dans un appareil de traction pour mesurer les propriétés physiques telles que l'allongement, le module et la résistance à la traction. Ces appareils sont également utilisés pour mesurer les forces d'adhérence/cohésion sur des échantillons spécialement préparés. Des tests d'adhérence simples (oui/non) sont réalisés en tirant sur des billes de matériau durci sur les substrats concernés.
Un appareil de mesure Shore-A mesure la dureté du caoutchouc. Cet appareil ressemble à un poids et à une jauge dont la pointe s'enfonce dans l'échantillon durci. Plus la pointe pénètre dans le caoutchouc, plus celui-ci est mou et plus la valeur est basse. Un mastic de construction typique se situe entre 15 et 35.
Les temps de formation de peau, de séchage hors-poisse et autres mesures spécifiques de la peau sont effectués au doigt ou à l'aide de feuilles de plastique lestées. Le temps nécessaire pour retirer proprement le plastique est mesuré.
Pour la durée de conservation, les tubes de mastic sont vieillis soit à température ambiante (ce qui prend naturellement un an pour prouver une durée de conservation d'un an), soit à des températures élevées, généralement de 50 °C pendant 1, 3, 5, 7 semaines, etc. Après le processus de vieillissement (refroidissement accéléré du tube), le matériau est extrudé et étiré en une feuille où il durcit. Les propriétés physiques du caoutchouc formé dans ces feuilles sont testées comme précédemment. Ces propriétés sont ensuite comparées à celles des matériaux fraîchement composés afin de déterminer la durée de conservation appropriée.
Des explications détaillées spécifiques sur la plupart des tests requis peuvent être trouvées dans le manuel ASTM.
Quelques derniers conseils
Les silicones monocomposants sont les mastics d'étanchéité de la plus haute qualité disponibles. Ils présentent toutefois des limites et peuvent être développés spécifiquement en fonction des besoins.
Il est essentiel de s’assurer que toutes les matières premières sont aussi sèches que possible, que la formulation est stable et que l’air est éliminé au cours du processus de production.
Le développement et les tests sont fondamentalement le même processus pour tout produit d'étanchéité monocomposant, quel que soit le type. Assurez-vous simplement d'avoir vérifié toutes les propriétés possibles avant de commencer à produire des quantités de production et d'avoir une compréhension claire des besoins de l'application.
Selon les exigences de l'application, le choix de la chimie de polymérisation appropriée peut être effectué. Par exemple, si l'odeur, la corrosion et l'adhérence sont des facteurs secondaires, mais que le coût est faible, l'acétoxy est la solution idéale. En revanche, si des pièces métalliques susceptibles d'être corrodées sont concernées ou si une adhérence particulière au plastique est requise, avec une couleur brillante unique, l'oxime est la solution idéale.
[1] Dale Flackett. Composés de silicium : silanes et silicones [M]. Gelest Inc. : 433-439
* Photo du mastic silicone OLIVIA
Date de publication : 31 mars 2024
