Brevet FR2597392A1 — publié le 19871023

- 1 Procédé pour obtenir l'optimisation du collage entre deux pièces, dont l'une au moins est en bois. La présente invention concerne un procédé pour obtenir l'optimisation du collage entre deux pièces, dont l'une au moins 05 est en bois. Le collage est, par définition, l'association de façon durable et aussi solide que possible, de deux surfaces par l'intermédiaire d'un produit appelé adhésif (ou colle). On recherche depuis longtemps des moyens pour optimaliser 10 ce collage, c'est-à-dire pour faire en sorte que les forces de liaisons physiques et/ou chimiques responsables de ce collage soient aussi élevées que possible. Or cette optimalisation dépend à La fois des matériaux à coller (nature du matériau, état de sa surface...) et de l'adhé15 sif utilisé. La présente invention concerne un procédé pour réaliser cette optimisation du collage. IL a été trouvé, et cela constitue le fondement de la présente invention, que l'optimalisation du collage de deux 20 objets, dont l'un au moins est en bois ou présente une surface à coller en bois, nécessite une minimalisation de l'énergie libre de mouillage de ladite surface en bois par la colle utilisée. Cette énergie libre de mouillage a pour expressicn EW =LA (Cos e - 1) dans laquelle L '- LA est l'enthalpie interfaciale liquide-air de l'adhésif utilisé - e est l'angle de raccordement adhésif-substrat résultant de l'équilibre du dépôt d'une goutte calibrée d'adhésif sur ladite surface bois. Pour faire varier cette énergie libre de mouillage, il conviendra selon l'invention d'ajouter à l'adhésif, avant d'étendre ledit adhésif sur la surface bois à coller, un agent tensio-actif compatible avec ledit adhésif et susceptible, par action sur au moins un des facteurs déterminant Ew, de provoquer une diminution aussi élevée que possible de la valeur de Ew. Un agent tensio-actif sera consid3ré comme compatible à - 2 avec l'adhésif lorsque par mélange de ces deux produits, on pourra obtenir un fluide homogène. Il est clair que l'addition d'un agent tensio-actif compatible à un adhésif aura pour conséquence normale l'abais05 sement de l'enthalpie interfaciale liquide-air (autrement dit de la tension superficielle) de cet adhésif; c'est dire que l'on obtiendra nécessairement une diminution du facteur YLA On a pu montrer que ladite tension superficielle 'CLA pour être optimale devrait être inférieure à l'enthalpie interfaciale solideair 10 (CS) de la surface du bois, et il est donc souhaitable le plus souvent d'employer un tensio-actif qui, en qualité et en quantité, induise un YLA - YSs La mesure de ce 'Y LA s'effectue par des méthodes connues de mesure de la tension superficielle du mélange adhésif et agent 15 tensio-actif. Par ailleurs, si l'on veut que TLA soit au plus égal à Y S on pourra avantageusement déterminer 'S par l'une des méthodes connues sous le nom de méthode de ZISMAN, méthode de NEUMAN et SELL, ou méthode de GIRIFALCO et GOOD. On notera incidemment, que la détermination à priori de LA pour l'adhésif non additionné de tensio-actif, et de YS pour la surface du bois à coller permettra immédiatement de se rendre compte si l'adhésif dont on envisage l'utilisation, est convenablement approprié. Mais on a remarqué que les tensio-actifs compatibles tout en provoquant nécessairement une diminution de la valeur 25 de) LA pouvaient simultanément entraîner une augmentation du facteur (Cos O - 1), ce qui pourrait conduire à une augmentation du EW. C'est pourquoi, le procédé selon la présente invention consiste à mesurer également l'angle de raccordement adhésifsubstrat de façon à essayer de minimiser également le facteur 30 (Cos 8 - 1) en choisissant un tensio-actif convenable. Les essais systématiques effectués ont montré que: - dans la recherche des conditions de compatibilité entre l'adhésif et le tensio-actif, on aura avantage à utiliser les éléments connus de la théorie de diffusion entre deux fluides, théorie qui fait 35 intervenir les tensions superficielles, par rapport à l'air, de chacun de ces composés; -3 - que la concentration du tensio-actif dans l'adhésif doit rester faible (généralement entre 0,1 et 5 parties en poids pour 100 parties d'adhésif), car on sait que, très généralement, au dessus d'un certain pourcentage de tensio-actif, la tension superficielle du 05 mélange ne varie pratiquement plus; - il est généralement souhaitable de choisir un agent tensio-actif ayant un H.L.B compris entre 7 et 10; de plus, on peut donner certaines indications sur les choix dans la nature des agents tensio-actif; - pour les adhésifs urée-formol on préférera un agent tensio-actif anionique ayant une tendance hydrophile; - pour les adhésifs mélamine-urée-formol, on utilisera de préférence un agent tensio-actif anionique à caractère lypophile; - pour les adhésifs phénoliques, on utilisera un agent 15 tensio-actif non ionique de type éthoxylé de préférence; - enfin, il semble que les tensio-actifs fluorés soient utilisables pour des adhésifs de différentes classes. Les exemples non limitatifs suivants illustrent l'inven20 tion. On avait l'intention de réaliser le collage de deux planches de divers bois; pour ce faire, on a mesuré dans un premier essai les enthalpies interfaciales de ces bois et on a trouvé: 25. pour l'épicéa séché dans des conditions brutales:_50 mN/m; pour des placages séchés à 175 C environ: Hêtre: environ 52,50 mN/m Peuplier:environ 50,00 mN/m Pin maritime: environ 54,00 mN/m On a utilisé comme colles, des adhésifs divers et l'on a modifié ces adhésifs à l'aide d'agents tensio-actifs; on a ainsi mesuré LA (en mN/m), l'enthalpie interfaciale liquide-air de chacun des adhésifs (avec ou sans additif), O l'angle de raccordement liquide-substrat résultant de l'équilibre du dépôt de 2 mm de chacun des adhésifs sur les surfaces du bois. - 4 On a obtenu Les résultats qui figurent au tableau 1. TABLEAU 1 E:E L (Cose-1) ADRESIFS LA (mN/m) Cos e moyen W LA 'LA (mN/m) (mN/m) Résine Urée-formol 75,0 0,29 - 53,2 Résine Urée-formol + produit fluorifique. 45,0 0,31 - 31,0 (exemple 0,2 pp de polyfluoroalkyle) Résine Mélamine Urée-formol (MUF) 67,0 0,6 - 26,8 Résine MUF + 0,2 pp d'un ester de sorbitan 37,5 0,4 - 22,5 Résine Phénol-formol (PF) 68,0 - 0,31 - 89,1 Résine PF + 0,4 pp d'un alkyl benzène sulfonate 47,0 - 0,25 - 58,8 Résine vinylique à durcisseur 54,0 - 0,17 - 63,2 Résine vinylique à durcisseur + 2,5 pp d'alcool polyvinylique 45,0 -0,17 - 52,6 Résine Résorcine formol 44,5 0,24 - 33,8 Résine Résorcine formol + 0,4 pp d'un alkyl benzène sulfonate 44,0 0,24 - 33,4 à________________________ -à------ --------- ------ - 5 Ces résultats montrent que grâce à l'utilisation d'agents tensioactifs compatibles avec chacune des résines, il a été possible de diminuer nettement les valeurs de l'énergie libre EW nécessaire au mouillage de la surface des bois, ce qui toutes 05 choses égales par ailleurs a permis d'améliorer: - la contrainte de rupture du collage de 15 à 30 %; - le pourcentage de rupture dans le bois de 25 à 90 %; - la fiabilité du collage. -6 REVENDICATIONS 1. Procédé pour obtenir L'optimisation de collage entre deux pièces dont l'une au moins est en bois, caractérisé en ce que l'on ajoute à l'adhésif un agent tensio-actif compatible qui permet de minimaliser la valeur de l'énergie Libre de mouillage EW de ladite surface du bois par le mélange adhésif (adhésif et agent tensio-actif) utilisé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite minimalisation de EW est obtenue par mesure de l'enthalpie interfaciale liquide-air Y LA du mélange adhésif utilisé et par mesure de l'angle O de raccordement adhésif-substrat. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on utilise un agent tensio-actif compatible de façon à ce que TLA soit au plus égale à l'enthalpie interfaciale solide-air (YS) de la surface du bois à coller.