Propriétés chimico-physiques, technologiques et domaines d’application associés

Généralement, une résine peut être définie comme un produit organique, solide ou semi-solide, d’origine naturelle ou synthétique, sans point de fusion précis et, généralement, de haut poids moléculaire.

Les résines peuvent être divisées en:

• thermoplastiques
• thermodurcissable

Les résines thermoplastiques sont des polymères linéaires ou ramifiés qui peuvent fondre ou se ramollir sans subir d’altérations dans la composition chimique.

Ils peuvent donc être forgés sous n’importe quelle forme à l’aide de techniques telles que le moulage par injection et l’extrusion. Le processus de fusion-solidification du matériau peut être répété sans apporter de modifications substantielles aux performances de la résine.

En général, les polymères thermoplastiques sont amorphes et ne cristallisent pas facilement après un refroidissement, car les chaînes polymères sont très emmêlées. Même ceux qui cristallisent ne forment jamais des matériaux parfaitement cristallins, mais semi-cristallins caractérisés par des zones cristallines et des zones amorphes.

Les résines amorphes et les régions amorphes des résines partiellement cristallines montrent le phénomène de la transition vitreuse, caractérisé par le passage, parfois assez brutal, de l’état vitreux à l’état caoutchouteux.

Cette transition coïncide avec l’activation de certains mouvements à longue distance des macromolécules constituant le matériau. En dessous de la température de transition vitreuse (Tg), les chaînes de polymères sont en position bloquée.

La température de fusion et la température de transition vitreuse augmentent à mesure que la rigidité des chaînes constituant le matériau augmente et que les forces d’interaction intermoléculaires augmentent.

Les résines thermodurcissables sont des matériaux très rigides constitués de polymères réticulés dans lesquels le mouvement des chaînes de polymères est fortement limité par le grand nombre de réticulations existantes.

Pendant le chauffage, ils subissent une modification chimique irréversible. Les résines de ce type, sous l’action de la chaleur dans la phase initiale, se ramollissent (deviennent plastiques) puis se solidifient. Contrairement aux résines thermoplastiques, ils n’ont donc pas la possibilité de subir de nombreux processus de formage au cours de leur utilisation.

Comme nous l’avons vu, les résines thermodurcissables sont des matériaux très rigides dans lesquels le mouvement des chaînes polymères est fortement contraint par un grand nombre de réticulations existantes.

En fait, au cours du processus de fabrication, ils subissent des modifications chimiques irréversibles associées à la création de liaisons covalentes transversales entre les chaînes des pré-polymères de départ.

La densité des interconnexions et la nature dépendent des conditions de polymérisation et de la nature des précurseurs: il s’agit généralement de systèmes liquides, ou facilement liquéfiés par la chaleur, constitués de composés organiques de faible poids moléculaire, souvent multifonctionnels, chimiquement réactifs, parfois en présence de initiateurs ou catalyseurs.

Dans la plupart des cas, ils subissent une polymérisation in situ au moyen de réactions de polycondensation et de polyaddition qui les transforment en matériaux thermodurcissables ou en structures tridimensionnelles complexes à réseau vitreux, insolubles dans les solvants les plus courants, infusibles et dégradables, lorsqu’elles sont chauffées à de très hautes températures.

De nombreuses formulations nécessitent la présence d’un comonomère, agent de durcissement généralement défini, doté de deux groupes fonctionnels réactifs ou plus, et / ou d’un rayonnement thermique et / ou électromagnétique pour réticulé.

La réaction de réticulation ou de durcissement commence par la formation et la croissance linéaire de chaînes polymères qui commencent bientôt à se ramifier. Au fur et à mesure du traitement, le poids moléculaire augmente rapidement et les dimensions moléculaires augmentent car de nombreuses chaînes commencent à se lier de manière covalente les unes aux autres, créant un réseau de poids moléculaire infini.

La transformation d’un liquide visqueux en un gel élastique, appelée « gélification« , est soudaine et irréversible et implique la formation de la structure originale du réseau tridimensionnel.

Avant la gélification, en l’absence d’un agent de réticulation, les particules de résine sont séparées les unes des autres ou n’interagissent que grâce à de faibles forces intermoléculaires réversibles, des forces de van der Waals. La résine est ensuite soluble dans les solvants appropriés.

Au fur et à mesure que la réaction de réticulation progresse, des liaisons covalentes covalentes se forment, un gel covalent, tout en maintenant de faibles interactions. Contrairement au gel de valence secondaire qui peut être brisé sans difficulté, il n’existe aucun solvant aussi puissant qui provoque la rupture des liaisons covalentes.

Par conséquent, la structure macromoléculaire créée par cette transformation ne se dissout pas complètement mais gonfle dans le solvant car il contient encore des traces de molécules monomères, libres ou agrégées, et de molécules ramifiées solubles, se présentant ainsi sous la forme d’un système sol-gel biphasique. C’est la structure originale du réseau tridimensionnel thermodurci.

Un autre phénomène pouvant survenir au cours de la réaction de traitement est la « vitrification« , c’est-à-dire la transformation d’un liquide visqueux ou d’un gel élastique en un solide vitreux, ce qui marque une variation du contrôle cinétique du mécanisme réactionnel passant d’un type chimique à un type diffusif.

La vitesse de réaction décroît rapidement à la fois parce que la concentration en monomère réactif est diminuée et que sa diffusion vers les sites réactifs de la masse de polymère est ralentie par la présence de réticulations entre les chaînes.

Cependant, le fait qu’il y ait une augmentation supplémentaire de la densité montre que des réactions chimiques continuent à se produire mais à des vitesses beaucoup plus basses.

Parmi les différents types de résines thermodurcissables, il y a les résines époxy, qui sont essentiellement des polyéthers, mais conservent ce nom en raison du matériau de départ utilisé pour les produire et du fait de la présence de groupes époxy dans le matériau immédiatement avant la réticulation.

Les résines époxydes sont principalement utilisées dans le domaine des revêtements, car ces résines associent des propriétés de flexibilité, d’adhérence et de résistance chimique.

Une grande variété de résines sont formulées pour répondre aux exigences les plus diverses en tenant compte des paramètres suivants:

Réactivité: le groupe époxy réagit avec une grande variété de réactifs chimiques.

Flexibilité: on peut faire varier la distance des groupes époxy en fonction du poids moléculaire, en obtenant des systèmes réticulés tridimensionnels à mailles plus ou moins larges et donc des produits plus ou moins souples et élastiques.

Résistance chimique et adhésion: les liaisons chimiques prédominantes sont carbone-carbone et carbone-oxygène, liaisons avec une inertie chimique remarquable. Les hydroxyles sont secondaires et donc de faible réactivité. La polarité des molécules et des hydroxyles est due aux forces d’adhérence élevées aux substrats métalliques.

Stabilité thermique: étroitement liée à la densité de la réticulation.

Applications: les systèmes époxy ont acquis une grande importance dans les secteurs où des performances élevées sont requises pour les contraintes thermiques, mécaniques, chimiques et électriques.

Ils sont utilisés dans les secteurs de l’automobile, de l’espace, de l’aéronautique, de la marine, de l’électronique et des installations, en tant que composants principaux dans les peintures, les adhésifs, l’imperméabilisation, les matériaux composites et les circuits imprimés.

Traduction automatique. Nous nous excusons pour toute inexactitude. Article original en italien.