Non, vous ne vous ennuierez pas, promis ! Surtout si vous aimez les objets en caoutchouc extensible. En poursuivant votre lecture, vous découvrirez presque tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les mastics silicones monocomposants.
1) Ce qu'ils sont
2) Comment les fabriquer
3) Où les utiliser
Introduction
Qu'est-ce qu'un mastic silicone monocomposant ?
Il existe de nombreux types de mastics à durcissement chimique ; les plus connus sont le silicone, le polyuréthane et le polysulfure. Leur nom provient de la structure moléculaire qui les compose.
La structure principale en silicone étant :
Si – O – Si - O – Si – O – Si
Le silicone modifié est une technologie récente (du moins aux États-Unis) qui désigne un squelette organique réticulé par silanisation. L'oxyde de polypropylène à terminaison alcoxysilane en est un exemple.
Ces produits chimiques peuvent être monocomposants ou bicomposants, selon le nombre de composants nécessaires à leur polymérisation. Un produit monocomposant signifie simplement qu'il suffit d'ouvrir le tube, la cartouche ou le seau pour que le matériau polymérise. Généralement, ces systèmes monocomposants réagissent avec l'humidité de l'air pour se transformer en caoutchouc.
Ainsi, un silicone monocomposant est un système stable dans le tube jusqu'à ce que, exposé à l'air, il durcisse pour produire un caoutchouc de silicone.
Avantages
Les silicones monocomposantes présentent de nombreux avantages uniques.
Correctement formulés, les mastics silicones sont très stables et fiables, offrant une excellente adhérence et des propriétés physiques remarquables. Leur durée de conservation (temps pendant lequel le produit peut rester dans son tube avant utilisation) est généralement d'au moins un an, certaines formulations se conservant même plusieurs années. Les silicones présentent incontestablement les meilleures performances à long terme. Leurs propriétés physiques restent quasiment inchangées dans le temps, sans être affectées par l'exposition aux UV. De plus, leur stabilité thermique est excellente, supérieure d'au moins 50 °C à celle des autres mastics.
Les silicones monocomposantes durcissent relativement vite : une pellicule se forme généralement en 5 à 10 minutes, elle devient non collante en une heure et durcit pour former une couche de caoutchouc élastique d'environ 2,5 mm d'épaisseur en moins d'une journée. La surface présente un agréable toucher caoutchouteux.
-Comme on peut les rendre translucides, ce qui est une caractéristique importante en soi (la translucidité étant 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, de par sa nature monobloc, il est impossible d'obtenir un durcissement rapide en profondeur, car le système doit réagir avec l'air et durcit donc de haut en bas. Plus précisément, les silicones ne peuvent pas être utilisées comme seul joint dans les fenêtres à double vitrage. Bien qu'elles soient excellentes 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 usages
Les silicones monocomposantes sont utilisées à peu près partout, y compris, au grand dam de certains propriétaires d'immeubles, là où les deux limitations mentionnées ci-dessus posent problème.
Les marchés de la construction et du bricolage représentent la part la plus importante, 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 les infiltrations d'eau et les courants d'air. Parfois, la formulation est à peine modifiée, si ce n'est pour la rendre plus fluide, ce qui lui permet ensuite de devenir un revêtement. La meilleure façon de différencier un revêtement, un adhésif et un mastic est simple : un mastic assure l'étanchéité entre deux surfaces, tandis qu'un revêtement recouvre et protège une seule surface, et qu'un adhésif maintient fermement deux surfaces ensemble. Un mastic ressemble davantage à un adhésif lorsqu'il est utilisé dans le domaine du vitrage structurel ou du vitrage isolant ; cependant, sa fonction reste d'assurer l'étanchéité entre les deux substrats, en plus de les maintenir ensemble.
Chimie de base
Le mastic silicone non polymérisé se présente généralement sous forme de pâte ou de crème épaisse. Au contact de l'air, les groupements terminaux réactifs du polymère de silicone s'hydrolysent (réagissent avec l'eau) puis se lient entre eux, libérant de l'eau et formant de longues chaînes polymères qui continuent de réagir jusqu'à ce que la pâte se transforme en un caoutchouc résistant. Le groupement réactif situé à l'extrémité du polymère de silicone provient de l'élément le plus important de la formulation (hormis le polymère lui-même) : l'agent de réticulation. C'est cet agent qui confère au mastic ses propriétés caractéristiques, soit directement (odeur, vitesse de polymérisation, etc.), soit indirectement (couleur, adhérence, etc.) grâce aux autres matières premières utilisées avec certains systèmes de réticulation, comme les charges et les promoteurs d'adhérence. Le choix de l'agent de réticulation approprié est essentiel pour déterminer les propriétés finales du mastic.
Types de durcissement
Il existe plusieurs systèmes de durcissement différents.
1) Acétoxy (odeur de vinaigre acide)
2) Oxime
3) Alcoxy
4) Benzamide
5) Amine
6) Aminoxy
Les oximes, les alcoxydes et les benzamides (plus couramment utilisés en Europe) sont des systèmes dits neutres ou non acides. Les amines et les aminoxy ont une odeur d'ammoniaque et sont généralement utilisés dans les secteurs automobile et industriel, ainsi que pour certaines applications de construction extérieure.
Matières premières
Les formulations comprennent plusieurs composants différents, dont certains sont optionnels, selon l'utilisation finale prévue.
Les seules matières premières absolument essentielles sont le polymère réactif et l'agent de réticulation. Cependant, des charges, des promoteurs d'adhérence, un polymère non réactif (plastifiant) et des catalyseurs sont presque toujours ajoutés. De plus, de nombreux autres additifs peuvent être utilisés, tels que des colorants, des fongicides, des retardateurs de flamme et des stabilisants thermiques.
Formulations de base
Une formulation typique de mastic à base d'oxime ou de mastic à faire soi-même ressemblera à ceci :
| % | ||
| Polydiméthylsiloxane, terminé par OH, 50 000 cps | 65,9 | Polymère |
| Polydiméthylsiloxane, à terminaison triméthyle, 1000 cps | 20 | plastifiant |
| Méthyltrioximinosilane | 5 | réticulant |
| Aminopropyltriéthoxysilane | 1 | promoteur d'adhérence |
| silice fumée de surface spécifique de 150 m²/g | 8 | produit de 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 % d'allongement (MPa) | 0,4 |
| Dureté Shore A | 22 |
| Évolution de la peau au fil du temps (min) | 10 |
| Temps libre de piquetage (min) | 60 |
| Temps de grattage (min) | 120 |
| Durcissement complet (mm en 24 heures) | 2 |
Les formulations utilisant d'autres agents de réticulation auront une apparence similaire, différant éventuellement par le degré de réticulation, le type de promoteur d'adhérence et les catalyseurs de durcissement. Leurs propriétés physiques varieront légèrement, sauf en présence d'allongeurs de chaîne. Certains systèmes sont difficiles à fabriquer sans l'ajout d'une grande quantité de charge de craie. Ces types de formulations ne peuvent évidemment pas être produits sous forme transparente ou translucide.
Développement de mastics
Le développement d'un nouveau mastic d'étanchéité comporte 3 étapes.
1) Conception, production et tests en laboratoire – très petits volumes
Ici, le chimiste de laboratoire, plein d'idées, commence généralement par un petit lot d'environ 100 grammes de mastic pour observer son durcissement et le type de caoutchouc obtenu. Désormais, une nouvelle machine est disponible : le « Hauschild Speed Mix » de FlackTek Inc. Cet appareil spécialisé est idéal pour mélanger ces petits lots de 100 g en quelques secondes tout en éliminant l'air. C'est important car cela permet au développeur de tester précisément les propriétés physiques de ces petits lots. La silice pyrogénée ou d'autres charges, comme les craies précipitées, peuvent être incorporées au silicone en environ 8 secondes. Le dégazage prend environ 20 à 25 secondes. La machine fonctionne grâce à un mécanisme de double centrifugeuse asymétrique qui utilise les particules elles-mêmes comme bras de mélange. La quantité maximale de mélange est de 100 grammes et plusieurs types de godets sont disponibles, y compris des godets jetables, ce qui élimine tout besoin de nettoyage.
Dans le processus de formulation, le choix des ingrédients est crucial, tout comme leur ordre d'ajout et la durée du mélange. L'élimination de l'air est essentielle à la conservation du produit, car les bulles d'air contiennent de l'humidité qui provoque le durcissement du mastic de l'intérieur.
Une fois que le chimiste a obtenu le mastic adapté à son application, il utilise un mélangeur planétaire d'un litre pour produire environ 3 à 4 petits tubes de 110 ml. Cette quantité est suffisante pour les tests initiaux de durée de conservation et d'adhérence, ainsi que pour tout autre besoin spécifique.
Il peut ensuite utiliser une machine de 4 à 8 litres pour produire 8 à 12 tubes de 300 ml destinés à des tests plus approfondis et à l'échantillonnage client. Le mastic est extrudé du récipient à travers un cylindre métallique dans la cartouche qui s'emboîte sur le cylindre d'emballage. Après ces tests, il est prêt pour une production à plus grande échelle.
2) Mise à l'échelle et ajustement fin - volumes moyens
Lors du passage à l'échelle industrielle, la formulation de laboratoire est désormais produite sur une machine plus grande, généralement d'une capacité de 100 à 200 kg, soit environ un fût. Cette étape poursuit deux objectifs principaux.
a) de vérifier s'il existe des différences significatives entre le format de 4 lb et ce format plus grand, différences qui peuvent résulter des vitesses de mélange et de dispersion, des vitesses de réaction et des différents degrés de cisaillement dans le mélange, et
b) produire suffisamment de matériel pour échantillonner les clients potentiels et obtenir un véritable retour d’information sur le travail.
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'il suffit de produire un seul fût de chaque type à la fois.
Il existe plusieurs types de mélangeurs. Les deux plus couramment utilisés sont les mélangeurs planétaires (illustrés ci-dessus) et les disperseurs à grande vitesse. Un mélangeur planétaire convient aux mélanges à viscosité élevée, tandis qu'un disperseur est plus performant, notamment pour les systèmes fluides à faible viscosité. Pour les mastics de construction classiques, l'un ou l'autre peut être utilisé, à condition de prendre en compte le temps de mélange et le dégagement de chaleur potentiel d'un disperseur à grande vitesse.
3) Quantités de production à grande échelle
La production finale, qu'elle soit par lots ou en continu, vise à reproduire fidèlement la formulation finale obtenue lors de la mise à l'échelle. Généralement, une petite quantité de produit (2 ou 3 lots ou 1 à 2 heures de production en continu) est d'abord fabriquée et contrôlée avant le lancement de la production normale.
Tests - Quoi et comment tester.
Quoi
Propriétés physiques : allongement, résistance à la traction et module
Adhésion au substrat approprié
Durée de conservation – accélérée et à température ambiante
Vitesse de polymérisation : séchage cutané au fil du temps, temps de séchage sans adhérence, résistance aux rayures et polymérisation complète, stabilité des couleurs et de 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
On applique une feuille de mastic et on la laisse durcir pendant une semaine. Une éprouvette spéciale, de type haltère, est ensuite découpée et placée dans un appareil de traction afin de mesurer ses propriétés physiques telles que l'allongement, le module d'Young et la résistance à la traction. Cet appareil sert également à mesurer les forces d'adhérence/cohésion sur des échantillons spécialement préparés. Des tests d'adhérence simples (oui/non) sont réalisés en tirant sur des cordons de matériau durci sur les substrats concernés.
Un duromètre Shore A mesure la dureté du caoutchouc. Cet appareil se présente sous la forme d'un poids et d'une jauge munie d'une pointe qui s'enfonce dans l'échantillon vulcanisé. Plus la pointe pénètre profondément dans le caoutchouc, plus celui-ci est mou et plus la valeur est faible. Un mastic de construction classique a une dureté comprise entre 15 et 35.
Le temps de séchage cutané, le temps de retrait de l'adhérence et d'autres mesures cutanées spécifiques sont effectués soit au doigt, soit à l'aide de feuilles de plastique lestées. On mesure le temps nécessaire pour que le plastique se détache facilement.
Pour déterminer la durée de conservation, les tubes de mastic sont vieillis soit à température ambiante (ce qui nécessite naturellement un an pour confirmer une durée de conservation d'un an), soit à des températures élevées, généralement de 50 °C, pendant 1, 3, 5 ou 7 semaines. Après ce vieillissement (le tube étant laissé refroidir dans le cas d'un vieillissement accéléré), le matériau est extrudé et étiré en une feuille sur laquelle il est laissé à durcir. Les propriétés physiques du caoutchouc ainsi formé sont testées comme précédemment. Ces propriétés sont ensuite comparées à celles de matériaux fraîchement préparés afin de déterminer la durée de conservation appropriée.
Des explications détaillées et spécifiques de la plupart des tests requis se trouvent dans le manuel ASTM.
Quelques derniers conseils
Les silicones monocomposantes sont les mastics de la plus haute qualité disponibles. Elles présentent toutefois des limitations et, si des exigences spécifiques sont requises, elles peuvent être développées sur mesure.
Il est essentiel de veiller à ce que toutes les matières premières soient aussi sèches que possible, que la formulation soit stable et que l'air soit éliminé lors du processus de production.
Le développement et les tests suivent fondamentalement le même processus pour tout mastic monocomposant, quel que soit son type. Assurez-vous simplement d'avoir vérifié toutes les propriétés possibles avant de commencer la production en série et d'avoir une compréhension claire des besoins de l'application.
En fonction des exigences de l'application, le type de polymérisation approprié peut être sélectionné. Par exemple, si l'on choisit un silicone et que l'odeur, la corrosion et l'adhérence ne sont pas des critères importants, mais qu'un faible coût est requis, alors la polymérisation acétoxy est la solution idéale. En revanche, si des pièces métalliques susceptibles de se corroder sont concernées ou si une adhérence spécifique sur plastique est requise, avec une finition brillante particulière, alors une polymérisation oxime est nécessaire.
[1] Dale Flackett. Composés de silicone : silanes et silicones [M]. Gelest Inc : 433-439
Photo du mastic silicone OLIVIA
Date de publication : 31 mars 2024
