Actuellement, de nombreux mastics élastiques réactifs monocomposants sont disponibles sur le marché, principalement des mastics silicones et polyuréthanes. Ces mastics se distinguent par leurs groupes fonctionnels actifs et la structure de leur chaîne principale après polymérisation. De ce fait, leurs applications sont plus ou moins limitées. Cet article présente les mécanismes de polymérisation de plusieurs mastics élastiques réactifs monocomposants courants et compare leurs avantages et inconvénients respectifs, afin d'approfondir nos connaissances et de faciliter le choix du mastic le plus adapté aux applications pratiques.
1. Mécanisme de durcissement courant des mastics élastiques réactifs monocomposants
Les mastics élastiques réactifs monocomposants courants comprennent principalement : le silicone (SR), le polyuréthane (PU), le polyuréthane modifié à terminaison silyle (SPU), le polyéther à terminaison silyle (MS). Le prépolymère possède différents groupes fonctionnels actifs et différents mécanismes de réaction de durcissement.
1.1Mécanisme de durcissement du mastic élastomère de silicone
Figure 1. Mécanisme de durcissement du mastic silicone
Lorsqu'on utilise des mastics silicones, le prépolymère réagit avec les traces d'humidité présentes dans l'air, puis se solidifie ou se vulcanise sous l'action d'un catalyseur. Les sous-produits sont des substances à petites molécules. Le mécanisme est illustré à la figure 1. Selon les différentes substances à petites molécules libérées pendant la polymérisation, les mastics silicones peuvent être classés en trois catégories : à désacidification, à décétoxime et à désalcoolisation. Leurs avantages et inconvénients sont résumés dans le tableau 1.
Tableau 1. Comparaison des avantages et des inconvénients de plusieurs types d'adhésifs silicones
1.2 Mécanisme de durcissement du mastic élastique polyuréthane
Le mastic polyuréthane monocomposant (PU) est un polymère dont la chaîne principale est constituée de segments uréthane (-NHCOO-) répétitifs. Son mécanisme de polymérisation repose sur la réaction de l'isocyanate avec l'eau pour former un carbamate intermédiaire instable, qui se décompose rapidement en CO₂ et en amine. L'amine réagit ensuite avec l'excès d'isocyanate présent dans le système, formant ainsi un élastomère à structure réticulée. La formule de sa réaction de polymérisation est la suivante :
Figure 1. Mécanisme de réaction de durcissement du mastic polyuréthane
1.3 Mécanisme de durcissement du mastic polyuréthane modifié au silane
Figure 3. Mécanisme de réaction de durcissement du mastic polyuréthane modifié au silane
Compte tenu de certaines limitations des mastics polyuréthanes, le polyuréthane a récemment été modifié par silane pour préparer des adhésifs, donnant naissance à un nouveau type d'adhésif d'étanchéité composé d'une chaîne principale de polyuréthane et d'un groupe terminal alcoxysilane : le mastic polyuréthane modifié par silane (SPU). La réaction de polymérisation de ce type de mastic est similaire à celle du silicone : les groupes alcoxy réagissent avec l'humidité pour subir une hydrolyse et une polycondensation, formant ainsi une structure de réseau tridimensionnelle Si-O-Si stable (Figure 3). Les points de réticulation du réseau et les zones situées entre ces points sont constitués de segments flexibles de polyuréthane.
1.4 Mécanisme de durcissement des mastics polyéthers à terminaison silyle
Le mastic polyéther à terminaison silyle (MS) est un adhésif élastique monocomposant à base de silane. Combinant les avantages du polyuréthane et du silicone, il représente une nouvelle génération de mastics adhésifs, sans PVC, huile de silicone, isocyanate ni solvant. L'adhésif MS réagit avec l'humidité ambiante, ce qui provoque l'hydrolyse en bout de chaîne du polymère silanisé de structure -Si(OR) OR -SIR (OR)- et sa réticulation en un élastomère à structure de réseau Si-O-Si, assurant ainsi l'étanchéité et le collage. Le processus de polymérisation est le suivant :
Figure 4. Mécanisme de polymérisation du mastic polyéther à terminaison silyle
2. Comparaison des avantages et des inconvénients des mastics élastiques réactifs monocomposants courants
2.1 Avantages et inconvénients des mastics silicones
⑴Avantages du mastic silicone :
① Excellente résistance aux intempéries, à l'oxygène, à l'ozone et aux ultraviolets ; ② Bonne flexibilité à basse température.
⑵Inconvénients du mastic silicone :
① Mauvaise redécoration et ne peut être peint ; ② Faible résistance à la déchirure ; ③ Résistance insuffisante à l'huile ; ④ Non résistant à la perforation ; ⑤ La couche adhésive produit facilement un lixiviat huileux qui contamine le béton, la pierre et autres supports meubles.
2.2 Avantages et inconvénients des mastics polyuréthanes
⑴Avantages du mastic polyuréthane :
① Bonne adhérence à divers supports ; ② Excellente flexibilité à basse température ; ③ Bonne élasticité et excellentes propriétés de récupération, convient aux joints dynamiques ; ④ Haute résistance mécanique, excellente résistance à l'usure, aux huiles et au vieillissement biologique ; ⑤ La plupart des mastics polyuréthanes monocomposants à polymérisation par l'humidité sont sans solvant et ne polluent ni le support ni l'environnement ; ⑥ La surface du mastic peut être peinte et est facile à utiliser.
⑵Inconvénients du mastic polyuréthane :
① Lors d'un durcissement rapide dans un environnement à température et humidité élevées, des bulles se forment facilement, ce qui affecte les performances du mastic ; ② Lors du collage et de l'étanchéité de composants sur des supports non poreux (tels que le verre, le métal, etc.), un primaire est généralement nécessaire ; ③ La formule colorée est sensible au vieillissement sous UV, et la stabilité au stockage de la colle est fortement influencée par l'emballage et les conditions extérieures ; ④ La résistance à la chaleur et au vieillissement est légèrement insuffisante.
2.3 Avantages et inconvénients des mastics polyuréthanes modifiés au silane
⑴Avantages du mastic polyuréthane modifié au silane :
① Le durcissement ne produit pas de bulles ; ② Possède une bonne flexibilité, une résistance à l'hydrolyse et une stabilité chimique ; ③ Excellente résistance aux intempéries, à la chaleur, au vieillissement et à la conservation du produit ; ④ Grande adaptabilité aux substrats, lors du collage, généralement aucun primaire n'est requis ; ⑤ La surface peut être peinte.
⑵Inconvénients du mastic polyuréthane modifié au silane :
① La résistance aux UV n'est pas aussi bonne que celle du mastic silicone ; ② La résistance à la déchirure est légèrement inférieure à celle du mastic polyuréthane.
2.4 Avantages et inconvénients des mastics polyéthers à terminaison silyle
⑴Avantages du mastic polyéther à terminaison silyle :
① Il possède d'excellentes propriétés d'adhérence à la plupart des substrats et peut réaliser un collage par activation sans primaire ; ② Il a une meilleure résistance à la chaleur et au vieillissement UV que le polyuréthane ordinaire ; ③ Il peut être peint sur sa surface.
⑵Inconvénients du mastic polyéther à terminaison silyle :
① La résistance aux intempéries n'est pas aussi bonne que celle du silicone, et des fissures apparaissent à la surface après vieillissement ; ② L'adhérence au verre est faible.
L'introduction précédente nous a permis d'appréhender les mécanismes de polymérisation de plusieurs mastics élastiques réactifs monocomposants couramment utilisés. La comparaison de leurs avantages et inconvénients nous offre une vision d'ensemble de chaque produit. En pratique, le mastic peut être choisi en fonction des conditions d'application spécifiques de la pièce à coller afin d'obtenir une étanchéité ou un collage optimal.
Date de publication : 15 novembre 2023