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Chimie du durcissement et structure chimique : pourquoi les mastics silicone sont-ils si durables ?
Polymères silicones : thermiquement stables, résistants aux UV et hydrophobes
La structure interne du siloxane, des mastics en silicone composés d'atomes de silicium et d'oxygène alternés, est ce qui lui confère sa durabilité ainsi que sa stabilité thermique et sa flexibilité dans la plage de températures allant de -50 °C à 200 °C. Toutes les liaisons de la structure du siloxane sont constituées de silicium et d'oxygène, et contrairement au carbone, des liaisons oxygène résistantes aux rayons UV sont utilisées dans cette structure. Ces liaisons ne deviennent pas cassantes même après des décennies d'exposition aux rayons UV. Des atomes de silicium liés à des groupes méthyles sont intégrés à la structure, ce qui rend la surface hydrophobe : elle repousse l'eau et n'absorbe pas l'humidité. Dans leur ensemble, les mastics sont sensibles à l'eau et subissent donc une hydrolyse, c'est-à-dire une rupture des liaisons causée par l'eau. Les mastics en silicone sont nettement plus durables ; lors d'essais accélérés de vieillissement climatique indépendants, ils ont surpassé tous les autres mastics, notamment les polyuréthanes. Parmi les mastics soumis à ces essais accélérés de vieillissement climatique, les mastics en silicone étaient les seuls à conserver plus de 90 % de leur élasticité initiale.
Lors de la comparaison des silicones à durcissement acide et des silicones à durcissement neutre, il convient de prendre en compte l’adhérence, le risque de corrosion et la résistance à long terme de la liaison.
Les propriétés des deux systèmes sont les suivantes :
Propriété | À durcissement acide | À durcissement neutre
Vitesse de durcissement | Plus rapide (24–48 heures) | Plus lente (3–7 jours)
Les systèmes à durcissement acide offrent une adhérence rapide et conviennent parfaitement aux substrats en verre, en aluminium et en céramique, mais ne garantissent pas l’adhérence sur les substrats poreux. Ces systèmes ne sont pas non plus adaptés à une utilisation avec des métaux, du béton ou des composants électroniques intégrés, car la libération d’acide acétique peut provoquer une corrosion à long terme. Les systèmes à durcissement neutre ne présentent pas ces inconvénients et conviennent à la construction de tous les systèmes métalliques, des façades ainsi que dans les applications exigeant une haute fiabilité. Leur temps de durcissement est plus long, mais ils s’adaptent mieux aux substrats poreux et aux matériaux hétérogènes. Des données issues de constructions côtières exposées montrent qu’après 15 ans, la résistance des systèmes à durcissement neutre reste supérieure à 95 % de la résistance initiale de la liaison, tandis que celle des systèmes à durcissement acide n’est plus que de 70 %. Cela démontre également que les systèmes à durcissement neutre présentent une meilleure résistance au sel, à l’humidité et aux mouvements.
Joint silicone et étanchéité : lien entre longévité et résilience environnementale
Étanchéité : Résultat des propriétés moléculaires et chimiques hydrophobes, ainsi que de l’absence de tout type de dommage causé par l’hydrolyse et les cycles de gel-dégel
La structure moléculaire et chimique du silicone est à l’origine de ses propriétés hydrophobes et résistantes à l’eau, ce qui signifie que les effets liés au vieillissement, au lavage ou au temps n’apparaîtront pas. La répulsion de l’eau et de l’humidité se poursuivra indéfiniment et restera efficace même sous une pression hydraulique extrême ou en immersion totale. La liaison de la structure moléculaire de siloxane ne sera pas rompue par l’eau et ne constituera donc pas la cause d’une perte d’efficacité du silicone. La rupture d’une liaison moléculaire ne se produira pas, ce qui implique qu’il n’y aura aucune perte d’adhérence ni d’intégrité cohésive. La flexibilité de la structure du silicone demeurera intacte jusqu’à −50 °C, ce qui permettra au silicone d’assurer pleinement ses fonctions, même en présence de fortes quantités d’eau et de variations importantes de température. Des mesures sur le terrain, réalisées dans l’environnement le plus sévère, ont montré que le silicone pouvait supporter plus de 300 cycles thermiques/inactifs par an sans perte de fonction ou d’étanchéité à l’eau.
Preuves sur le terrain de la longévité des produits : données sur la stabilité aux UV et les performances thermiques issues d’études menées sur plus de 20 ans
Des preuves tirées de plus de 20 ans d’études sur le terrain confirment la grande longévité des silicones. Des études longitudinales portant sur des bâtiments scellés au début des années 2000 montrent qu’après plus de 20 ans d’exposition continue aux UV, les joints en silicone conservent plus de 90 % de leur élasticité initiale, tandis que des installations comparables à base de polyastomères présentent une dégradation de 40 à 60 % en seulement 15 ans. Des essais thermiques effectués entre -60 °C et 200 °C ne révèlent aucune fragilisation, ramollissement ni délaminage adhésif, même sous des conditions extrêmes prolongées. Ainsi, les silicones dépassent souvent la durée de vie des matériaux qu’ils scellent. Des installations documentées dans les conditions côtières de la Floride et les conditions désertiques de l’Arizona n’ont nécessité aucun remplacement du produit d’étanchéité après 30 ans. Cette longévité témoigne non seulement de la robustesse du matériau, mais aussi de la stabilité de sa chimie de durcissement et de sa résistance à la chimie environnementale.
Questions fréquemment posées
Quelle est l’origine de la grande durabilité de la chaîne polymérique du silicone ?
La chaîne principale en polymère de silicone possède de fortes liaisons Si-O, ce qui confère à la chaîne une grande durabilité et une excellente résistance des liaisons. Cela rend la silicone très stable thermiquement, très résistante aux UV et lui confère une excellente résistance à l’eau.
Quelle est la différence fondamentale entre les silicones à durcissement acide et les silicones à durcissement neutre ?
Un silicone à durcissement acide n’est pas adapté aux matériaux pouvant subir une corrosion, tandis que les silicones à durcissement neutre conviennent à tous les matériaux. Les silicones à durcissement acide libèrent de l’acide acétique pendant le durcissement, ce qui les rend excellents sur des substrats non poreux, mais incompatibles avec tout substrat susceptible de corroder. Les silicones à durcissement neutre, quant à eux, libèrent, au cours du durcissement, des substances non acides, ce qui les rend adaptés aux substrats poreux.
Comment la silicone résiste-t-elle aux conditions météorologiques extrêmes ?
Les conditions météorologiques extrêmes sont dues à des variations massives de température. Ces variations peuvent s’étendre de -50 °C à 200 °C ; le silicone possède une grande élasticité et fait preuve d’une résilience exceptionnelle face aux conditions météorologiques extrêmes, tout en conservant sa souplesse sur toute la plage de températures de fonctionnement. Sa structure moléculaire est durablement hydrophobe, résistante aux rayons UV et à l’hydrolyse, et confère une excellente résistance aux conditions météorologiques extrêmes.
Pourquoi le silicone a-t-il une durée de vie supérieure à celle d’autres mastics, tels que les polyuréthanes ?
Le silicone est thermiquement stable et ne subit pas de réactions chimiques sous l’effet de fortes températures, de l’humidité ou des changements de conditions climatiques (y compris l’ozone). Les silicones conservent leur élasticité et leurs propriétés adhésives pendant plusieurs décennies, tandis que les polyuréthanes se dégradent et deviennent inutilisables au bout d’environ 15 ans.
Les mastics à base de silicone résistent-ils aux cycles gel-dégel ?
Oui, les mastics à base de silicone sont souples et conservent leur étanchéité lors des cycles gel-dégel, évitant ainsi les fissurations et les défaillances des joints.
