Optimisation des procédés de collage thermofusible (HMA) grâce à un contrôle avancé de la viscosité
La viscosité de l'adhésif thermofusible est une propriété critique, car elle a un impact direct sur sa capacité à être…
Aperçu de l'industrie des adhésifs et des produits d'étanchéité et importance de la viscosité et de la densité
Découvrez la variété des applications dans l'industrie de la colle et comment Rheonics vDes capteurs d'isosité et de densité sont utilisés et installés pour la surveillance des fluides en ligne.
Table des matières
- Que sont les adhésifs et les produits d’étanchéité ?
- Marché des adhésifs
- Types d'adhésifs – Production et applications
- Viscosité pour adhésifs et mastics
- Densité pour adhésifs et mastics
- Surveillance et contrôle de la viscosité et de la densité dans un processus de production d'adhésifs
- Installation du SRV et du SRD dans les procédés adhésifs
Que sont les adhésifs et les produits d’étanchéité ?
Adhésifs et mastics sont deux termes apparentés lorsqu'il s'agit de coller et de lier deux ou plusieurs pièces. Cet assemblage nécessite généralement l'utilisation d'une pâte ou d'un liquide traité chimiquement pour créer une liaison solide à la surface sur laquelle il est appliqué.
Les adhésifs et les mastics trouvent leur origine dans la nature et sont présents depuis la nuit des temps. Aujourd'hui, ils sont indispensables à tout ce que nous utilisons et voyons autour de nous, des ateliers domestiques aux produits de haute technologie. Parmi les secteurs industriels concernés, on peut citer l'emballage, la production de papier, l'aéronautique, l'aérospatiale, la construction, la chaussure, l'automobile, les appareils électroniques, le médical, etc.
Cette note d'application explique comment la viscosité et la densité sont pertinentes pour la production et l'application des adhésifs, et comment Rheonics Les capteurs de viscosité et de densité en ligne SRV et SRD peuvent être utilisés pour surveiller ces variables.
Marché des adhésifs
Le marché mondial des adhésifs et des mastics représente une valeur estimée à 76.1 milliards de dollars en 2024 et devrait atteindre près de 90 milliards d'ici 2029 [2]. La croissance du marché peut être replacée dans son contexte, sachant qu'il a clôturé le XXe siècle avec une valeur d'environ 20 milliards de dollars [10].
Les principaux pays du secteur des adhésifs et des mastics sont la Chine, le Japon, les États-Unis, le Royaume-Uni et l'Allemagne. Ce secteur, qui pèse plusieurs milliards de dollars, regroupe environ 750 entreprises, dont les plus importantes, listées ci-dessous, détiennent près de 50 % du marché mondial des adhésifs et des mastics.
- poignée
- Sika
- 3M
- HB Fuller
- Chasseur
- Polymère de performance ITW
- RPM International
- Avery Dennison
- DOW
La croissance actuelle du secteur des adhésifs et des mastics repose principalement sur des applications dans le bâtiment et la construction, ainsi que sur une demande croissante dans le secteur médical. Ce secteur est soumis à une réglementation stricte visant à respecter les normes environnementales, ce qui encourage les producteurs à développer de nouvelles technologies pour utiliser efficacement les ressources et réduire les déchets.
Types d'adhésifs - Production et applications
Les adhésifs peuvent être généralement classés selon leur origine, selon le type d'application (méthode de durcissement) ou selon leur structure chimique.
L'adhésif peut provenir de ressources naturelles (animales, végétales ou minérales) ou de matériaux synthétiques (élastomère, thermoplastique ou thermodurcissable).
Tableau 1 : Types d'adhésifs par origine [1]
| Origine principale | Types d'adhésifs | Exemples |
|---|---|---|
| Vente | Animal | Albumine, colle animale, caséine, gomme laque, cire d'abeille |
| Légumes | Résines naturelles, Huiles et cires, Amidon et dextrine - glucides, Protéines | |
| Minerali | Asphalte, bitume, silicates, cires minérales, résines minérales | |
| Synthétique | Elastomère | Silicone, caoutchouc, polyuréthane, polysulfure, butyle |
| Thermoplastique | Polymères vinyliques, polyesters saturés, polyvinyle | |
| Thermodurcissable | Époxydes, polyesters insaturés, aminoplastes |
Adhésifs Naturels
Les adhésifs naturels sont obtenus à partir de sources organiques, où la liaison est assurée par des substances naturelles comme les protéines, l'amidon et la cellulose. Leur avantage est qu'ils peuvent être considérés comme plus écologiques que leurs alternatives. Certains adhésifs naturels, comme colle à la gélatine, peut également être 100% biodégradable et recyclable, même après avoir été traité.
Les adhésifs naturels les plus courants sont les adhésifs à base d'amidon et colles dextrine Principalement utilisés dans les industries du papier et de l'emballage, ils sont relativement faciles à produire et donc faciles à trouver sur le marché à bas prix.
La colle est un type d’adhésif formé à partir de nombreuses substances naturelles, notamment des protéines comme la gélatine, l’amidon et la cellulose [4].
Adhésifs à base d'amidon sont à base d'amidon, un glucide ou polymère naturel présent dans les plantes. Les sources les plus courantes sont le maïs, le blé, la pomme de terre et le pois.
Les adhésifs à base d'amidon ont connu une croissance rapide dans l'industrie grâce à la possibilité d'améliorer leurs propriétés d'adhérence et de résistance par des procédés chimiques. Par exemple : borax (tétraborate de sodium décahydraté) et métaborate de sodium (borax et hydroxyde de sodium) peuvent être ajoutés pour modifier les propriétés adhésives de l'amidon, notamment la viscosité, l'adhérence et la cohésion [3].
Adhésifs synthétiques
Les adhésifs synthétiques sont basés sur prépolymères or polymèresLes polymères utilisés peuvent être classés comme thermoplastiques ou thermodurcissables.
Les progrès de l'industrie du plastique permettent de produire en masse ces types d'adhésifs avec des caractéristiques adaptées à chaque application. Les adhésifs synthétiques sont utilisés dans la construction de divers objets, des meubles aux avions.
Les principaux exemples d’adhésifs synthétiques sont époxydes, uréthanes et cyanoacrylates. Certains de ces adhésifs sont adhésifs en deux parties, ce qui signifie qu'ils sont appliqués sous forme de deux ou plusieurs composants qui, une fois mélangés, réagissent chimiquement pour former un joint réticulé.
Les adhésifs synthétiques sont les plus utilisés au monde. Malgré cela, ils sont confrontés à de nombreux défis en raison de la limitation des matières premières (réserves de pétrole) et de l'impact négatif des composés synthétiques sur la santé humaine et l'environnement.
Le tableau suivant présente une liste de types d'adhésifs, spécifiant brièvement la production - comment sont-ils fabriqués ? l'application - comment ou où sont-ils utilisés ? et les cas d'utilisation.
Tableau 2 : Types d'adhésifs, production et application
| Types d'adhésif | Production | Application | Cas d’usage |
|---|---|---|---|
| Adhésif à base d'amidon Dextrine Colles végétales Colles aqueuses à base de dextrine | Produit à partir d'amidon, cuit dans l'eau à environ 90 °C (200 °F). La solution est ensuite modifiée pour améliorer son adhérence et ses autres propriétés. Sont de couleur paille clair à ambre ou brune | Fluide sensible à la pression Il suffit de l'appliquer sur le support et l'adhésif se solidifie grâce à sa surface collante et à une légère pression appliquée | Papier et carton Collage du papier Emballage Étiquetage Pharmaceutique Nourriture et boisson |
| Colles animales/protéiniques Colle chaude Colle gélatineuse | Préparé dans l'eau en faisant bouillir des os d'animaux et des tissus conjonctifs qui contiennent des protéines Une colle dérivée du lait écrémé est appelée colle de caséine Une colle dérivée de la peau de poisson riche en collagène est appelée colle de poisson Généralement de couleur ambrée à brune | La plupart s'appliquent à environ 60 °C (140 °F). On peut également le dissoudre préalablement dans l'eau. Lors de l'application, l'adhésif a une adhérence ou une viscosité très élevée, mais sèche en un film non collant. Ne pas utiliser en cas de températures élevées ou d'humidité élevée La colle de caséine est appliquée à température ambiante, mais forme une liaison avec un degré élevé de résistance à l'humidité | Reliure Boites Menuiserie Bouteilles de brasserie |
| Adhésif polyacétate de vinyle (PVA) Adhésif synthétique Ciment résine | Dérivé de monomères d'acétate de vinyle À base d'eau, couleur blanche Parfois mélangé avec des colles dextrine pour créer un adhésif hybride | Il peut être dissous dans l'eau Application à température ambiante Il durcit rapidement Bonne résistance à l'humidité Le collage est dans une certaine mesure flexible et clair avec un impact minimal sur l'esthétique du substrat | Travail du bois Crafting Emballage Impression (reliure) Papier et carton Construction |
| Adhésifs à chaud ie Adhésif éthylène-acétate de vinyle EVA | Il existe différents adhésifs thermofusibles, la plupart sont basés sur un mélange de copolymères d'EVA D'autres polymères, cires, huiles, caoutchoucs et résines peuvent être ajoutés Faible teneur en composés organiques volatils (COV) | Thermoplastique, appliqué à certaines températures supérieures à la température ambiante Le temps de prise varie. Certains adhésifs thermofusibles durcissent immédiatement à l'application, tandis que d'autres conservent leur pouvoir collant plus longtemps pour permettre une adhésion différée. Par exemple, le papier antiadhésif siliconé peut être retiré ultérieurement et placé sur le support. | Chaussure en cuir Hygiène, mobilier et emballage Médical Electronique Automobile |
| Epoxies | Il se compose de deux adhésifs distincts, l'un est appelé résine de base avec une viscosité généralement élevée, l'autre est appelé durcisseur ou catalyseur et a généralement une viscosité plus faible. | Nécessite le mélange des deux adhésifs La plupart des types seront fixés à température ambiante, mais certains nécessitent un chauffage pour atteindre, améliorer ou accélérer la réaction de réticulation Nécessite généralement un temps de séchage d'environ 24 heures | Émaillage. Adhésifs à bois Médical Soins personnels Toiture et revêtement de sol Automobile Industrie aerospatiale |
| Silicone | Le silicone est fabriqué à partir de silice (dioxyde de silicium – SiO₂), un minéral commun présent dans le sable, le sol, le granit et les roches. Le sable extrait est purifié, chauffé et refroidi pour obtenir une poudre de silicium. Le processus se poursuit par l'ajout de chlorure de méthyle, de silicone polymérisé et d'autres composés. | Disponible en une seule partie (RTV - silicone vulcanisant à température ambiante) et en deux parties adhésives Le silicone RTV est durci à l'application par réaction avec l'humidité ambiante Le silicone en deux parties peut être utilisé avec le métal, le verre et la céramique Les adhésifs et mastics à base de silicone conviennent aux applications à haute température, jusqu'à 260 °C (500 °F) | Produits d'étanchéité Émaillage. Adhésifs à bois Matériaux d'étanchéité Vitrines et Écrans Numériques |
| polyuréthane | Mélangé avec un matériau porteur tel qu'un solvant Produit dans différentes gammes de viscosité et de rapports de mélange Nécessite un bon mélange pour obtenir une excellente qualité Certains contiennent des isocyanates ou des catalyseurs à base de métaux lourds qui nécessitent des précautions supplémentaires pour éviter les risques pour la santé des opérateurs. | Disponible en adhésif monocomposant et bicomposant. Des liens flexibles mais solides Peut être utilisé avec le caoutchouc, les plastiques, le métal, la laine, le papier, la céramique et les tissus Principalement limité aux applications inférieures à 120 °C (250 °F) | Produits d'étanchéité Cartons ondulés Laminages multiples |
Viscosité pour adhésifs et mastics
En termes simples, la viscosité peut être définie comme la résistance d'un fluide à l'écoulement. Les adhésifs et les mastics à l'état fluide sont classés comme fluides non newtoniens, ce qui signifie que leur viscosité dépend du taux de cisaillement auquel ils sont mesurés.
La viscosité est d'une grande importance lors de la production et de l'application de l'adhésif, et elle peut également donner des informations sur les changements de densité, de stabilité, de teneur en solvant, de taux de mélange, de poids moléculaire, etc. La viscosité est un indicateur efficace de la consistance de l'adhésif ou de la distribution granulométrique.
La viscosité des adhésifs peut varier considérablement selon l'utilisation finale (par exemple, scellement, collage, etc.). On trouve des adhésifs à faible, moyenne et haute viscosité.
- Adhésifs à faible viscosité : utilisés pour l'encapsulation, l'enrobage et l'imprégnation.
- Adhésifs à viscosité moyenne : principalement utilisés pour les applications de collage et d'étanchéité.
- Adhésifs à haute viscosité : utilisés pour des applications anti-goutte et anti-affaissement. Courants pour certains époxydes.
Traditionnellement, les technologies de mesure de la viscosité nécessitaient un échantillonnage manuel et des relevés en laboratoire. Ce processus exige du temps et des heures de travail, et ne permet pas un contrôle en temps réel. Les propriétés relevées en laboratoire ne sont pas représentatives du fluide présent dans les conduites, en raison du temps écoulé, de la sédimentation ou du vieillissement du fluide.
Le Rheonics Le SRV est un viscosimètre de process en ligne permettant de mesurer la viscosité et la température en ligne. Il mesure le produit de la viscosité par la masse volumique du fluide et en déduit la viscosité dynamique.
Le SRV est adapté aux installations de canalisations, réacteurs, cuves de mélange et de stockage de différentes tailles, permettant une traçabilité complète du processus de production de colle. Le capteur SRV permet un contrôle entièrement automatisé des colles, en transmettant les mesures de viscosité à un contrôleur qui gère l'ajout de solvants ou de diluants pour obtenir le résultat souhaité. Les mesures du SRV permettent également de surveiller en temps réel le rapport de mélange ou la consistance de la colle dans le réacteur, afin de prendre les mesures nécessaires lorsque le rapport de mélange est atteint.
Densité pour adhésifs et mastics
La masse volumique d'un fluide est le rapport entre sa masse et son volume. La masse volumique des adhésifs permet de surveiller la teneur en composés ajoutés lors de la production, ainsi que la teneur en solides et la taille des particules du fluide avant et après mélange. Ainsi, la masse volumique d'un adhésif lors d'un processus de mélange peut servir d'indicateur de la composition finale.
Le Rheonics Le SRD est un densimètre et viscosimètre de process en ligne, adapté aux mesures en ligne de la masse volumique, de la viscosité et de la température. Il peut également fournir des données de viscosité cinématique, de pourcentage de concentration, etc. Rheonics propose le SRD dans différentes variantes et tailles pour répondre aux exigences d'installation.
Surveillance et contrôle de la viscosité et de la densité dans un processus de production d'adhésifs
La production d'un adhésif repose généralement sur le mélange ou la dispersion de différents matériaux pour obtenir la résistance chimique, les caractéristiques thermiques, la résistance aux chocs, le retrait, la flexibilité, la facilité d'entretien et la résistance souhaitées dans le produit final.
Le Rheonics Le viscosimètre en ligne SRV et le densimètre et viscosimètre en ligne SRD peuvent être installés à différents points des procédés de production d'adhésifs, de colles ou d'amidon. Les capteurs de type SR permettent de surveiller en ligne la viscosité, la masse volumique et la température, ainsi que des paramètres dérivés tels que la concentration et le rapport de mélange. L'installation peut se faire directement dans la cuve de mélange pour comprendre l'évolution de la viscosité et déterminer le moment où le mélange requis est atteint ; dans les cuves de stockage pour vérifier le maintien des propriétés du fluide ; ou dans les canalisations, lors de la circulation du fluide entre les unités.
Installation du SRV et du SRD dans les procédés adhésifs
En cuves
La mesure de la viscosité dans une cuve de mélange d'un fluide adhésif permet de contrôler rapidement la consistance du fluide. Cela se traduit par une production accrue et une réduction du gaspillage des ressources.
Le viscosimètre SRV peut être installé dans une cuve de mélange par le haut, par la paroi ou par le bas. Pour une installation par le haut, une sonde à insertion longue -X5 est recommandée. En savoir plus sur le SRV-X5 et SRD-X5La longueur d'insertion (A) doit être suffisante pour que l'élément sensible soit en contact avec le fluide. L'installation sur la paroi et le fond du réservoir peut nécessiter une sonde courte, comme SRV-X1 or SRV-X3. Si des ports existants sont disponibles sur le réservoir, le client peut envisager de les réutiliser pour l'installation du SRV.
Le densimètre et viscosimètre SRD n'est pas recommandé pour les procédés de mélange, car le mélange peut perturber les mesures. Si la cuve de mélange est équipée d'une pompe de recirculation, le SRD peut être facilement installé, comme expliqué dans la section suivante.
Contactez le Rheonics Équipe de soutien à Pour toute recommandation d'installation, le client devra fournir des plans ou des photos du réservoir, en précisant les ports disponibles et les conditions de fonctionnement (température, pression, viscosité attendue, etc.).
Dans les pipelines
L'emplacement idéal pour les SRV et SRD dans les canalisations de fluides adhésifs est une installation coudée. Il s'agit d'une installation axiale avec l'élément sensible de la sonde orienté vers le flux de fluide. Cette solution nécessite généralement un capteur X5 à insertion longue. En savoir plus sur SRV-X5 et SRD-X5.
L'utilisation d'une sonde à insertion longue (X5) permet au client de personnaliser la longueur d'insertion (A) et le raccordement au procédé, en fonction des exigences d'installation, comme la taille de la conduite. La longueur d'insertion (A) doit être suffisante pour que l'élément sensible de la sonde (en bleu sur la figure suivante) soit en contact avec le fluide en écoulement, évitant ainsi les zones mortes ou stagnantes près de l'orifice d'installation. Placer l'élément sensible dans la section droite de la conduite présente l'avantage supplémentaire de le maintenir propre pendant l'écoulement du fluide sur la conception profilée de la sonde.
Si la ligne est petite (moins de 1.5"), le client peut envisager l'utilisation de Rheonics Cellules d'écoulement ou variantes de sonde Slimline-X6 de plus petit diamètre. En savoir plus :
Les adhésifs à haute viscosité peuvent facilement former des dépôts sur les surfaces de la sonde et du tuyau. Il est donc essentiel d'éviter les zones mortes autour de l'élément de détection pour obtenir des mesures fiables. Si la sonde nécessite un nettoyage manuel, consultez l'article suivant : Comment nettoyer les sondes Type-SR ?
Références
[1]: Manuel des adhésifs et des mastics
[4]: Colles naturelles pour applications industrielles (lddavis.com)
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