Comment analyser les paramètres de peinture et de revêtement

La figure 1 montre le cycle de vie typique des peintures, revêtements et encres, partant de la matière première à travers les étapes de production jusqu'au produit fini, son application et le produit appliqué. Selon l'étape du cycle de vie et le matériau, différentes propriétés influencent ce qui se passe à l'intérieur du matériau. Pour garantir un traitement fluide dans les étapes suivantes et une qualité contrôlée du produit final, il est nécessaire de comprendre ces propriétés matérielles. Les sections ci-dessous décrivent un certain nombre de méthodes pour mesurer ces paramètres de revêtement. Comme dimension supplémentaire dans ces considérations, il est nécessaire de prendre en compte que les matériaux peuvent être sous forme liquide ou sèche.

Les poudres (par exemple, les pigments) sont utilisées comme matière première et dispersées dans des solutions pour les peintures liquides, les revêtements et les encres. Il existe également des peintures en poudre et des revêtements qui sont appliqués sous forme sèche puis durcis pour former une couche lisse. Les poudres ont plusieurs propriétés (comme la taille des particules) qui influencent la manière dont le matériau peut être traité ou appliqué et qui, à leur tour, influenceront également les propriétés de la peinture ou du revêtement appliqué.

La taille des particules et la distribution de la taille des particules des poudres peuvent être mesurées avec la diffraction laser⁽¹⁾. Cette technique est basée sur l'observation et l'analyse de la lumière laser qui est diffractée par des particules. La taille des particules et la distribution de la taille des particules des peintures et des revêtements sont des paramètres essentiels pour le contrôle de la qualité des matières premières entrantes (pour vérifier que les particules de poudre sont conformes aux spécifications), mais aussi pendant la fabrication, par exemple le broyage et le mélange des peintures et des revêtements. Connaître la taille des particules et la distribution de la taille des particules d'une poudre (Figure 2) est également crucial pour le produit final, car ces paramètres influenceront la manière dont le matériau peut être appliqué sur un substrat, ainsi que le processus de durcissement et l'apparence extérieure du revêtement final. Par exemple :

• Les particules fines avec une distribution granulométrique serrée se regroupent plus étroitement pour former des films minces qui conservent les propriétés esthétiques et la durabilité typiques d'un film plus épais.
• Les particules plus grosses ont tendance à mieux s'écouler et sont relativement faciles à contrôler pendant l'application, mais les processus de réticulation nécessitent un temps plus long et des températures plus élevées.

À partir de la distribution granulométrique pondérée en fonction du volume, de nombreux paramètres peuvent être déterminés, notamment les principales valeurs D (D10, D50, D90, D[4,3]), l’étendue, qui donne une indication sur l’ampleur de la distribution, ainsi que le pourcentage de particules dans différentes classes de taille. ce qui est important lors de la vérification de la quantité de fraction fine et grossière. En plus de la taille des particules et de la distribution de la taille des particules, ces analyseurs peuvent effectuer une série de pressions pour évaluer l'effet de la pression sur la fraction fine d'une poudre pendant la fabrication et le processus de revêtement en poudre. En savoir plus sur ces paramètres.   

La rhéologie des poudres est la caractérisation du comportement des poudres en simulant toutes les conditions de traitement – des systèmes de poudres fluidisées aux poudres consolidées. Idéalement, la rhéologie des poudres prend en compte les influences internes (par ex. la taille des particules, la forme des particules) et les influences externes (par ex. l'humidité, la température) pour caractériser de manière phénoménologique le comportement des poudres. Il peut être utilisé pour la R&D lors de la création de nouvelles formulations, par exemple pour trouver la processabilité ou les conditions de traitement optimales, ainsi que pour le contrôle de la qualité pendant la fabrication⁽²⁾. L'étude de la rhéologie des poudres nécessite un rhéomètre avec les accessoires de rhéologie des poudres pertinents, par ex. :

• Une cellule de cisaillement pour étudier le comportement d’écoulement des poudres consolidées et leur comportement dépendant du temps
• Une cellule d'écoulement de poudre pour caractériser le comportement de la poudre dans diverses conditions réalistes, c'est-à-dire pour simuler les processus de fabrication

Ces deux cellules mises en œuvre sur un rhéomètre permettent d’analyser les poudres dans n’importe quel état où elles se trouvent au cours du processus – de compactées et consolidées à complètement fluidisées. De cette manière, toutes les étapes du processus peuvent être simulées. Les processus de mélange et de stockage peuvent être analysés ainsi que la fluidité que les poudres ont lors du déchargement de la trémie. Il est également possible de déterminer les propriétés de fluidisation qui sont des informations utiles puisque les poudres vont généralement subir des réacteurs à lit fluidisé, un transport pneumatique et une pulvérisation à travers une buse (Figure 3). Les propriétés de fluidisation de base sont analysées avec des mesures de chute de pression et de désaération. Des mesures plus complexes dépendant du taux de cisaillement simulent, par exemple, des coudes lors du transport pneumatique ou de la pulvérisation à travers une buse. En savoir plus sur la rhéologie des poudres, la classification des propriétés des poudres et le comportement des poudres.

La surface des particules de poudre a un impact important sur la façon dont elles interagissent avec la charge électrostatique et les liquides, et donc sur leur adéquation en tant que revêtements fonctionnels. Pour les particules de poudre, la surface n’est pas seulement une fonction de la taille des particules, mais aussi de la forme, de la rugosité de surface et de la porosité. L'étendue de la surface des pigments et des substances de remplissage détermine la quantité de dispersant nécessaire dans les formulations de peinture, de revêtement et d'encre. Déterminer la surface et la taille des pores des particules de poudre nécessite la technique d'adsorption de gaz et l'utilisation de la méthode BET. Les composés avec une grande surface peuvent être analysés par adsorption de gaz avec du gaz azote, soit en appliquant la technique volumétrique sous vide ou la méthode de flux dynamique. Les matériaux avec une faible surface spécifique nécessitent souvent une mesure d'adsorption de gaz avec du gaz krypton car cela offre une sensibilité accrue.

La densité réelle ou la densité squelettique des composants d’une poudre de revêtement doit être connue afin de calculer la densité théorique du revêtement en poudre et la densité du film non volatil. Elle peut être comparée à la densité du mélange de poudre de revêtement de résine, pigments, substances de remplissage et additifs - tel que mélangé, après stockage et après durcissement. Toute différence de densité du mélange peut indiquer des différences subtiles dans la formulation, telles que le rapport résine-pigment. L'analyse de la densité vraie (densité squelettique) est effectuée à l'aide d'un pycnomètre à gaz qui mesure le volume solide par déplacement de gaz. La densité de tasse est déterminée en tapotant à plusieurs reprises une colonne de poudre et en analysant le changement de volume relatif. Il est réalisé pour obtenir les caractéristiques de remplissage et d'emballage du volume de poudre. Des tests de densité tapée automatiques peuvent être effectués sur des composants uniques ou des mélanges.

Les dispersions et les suspensions sont des mélanges de liquides avec des matières particulaires, dans le cas des peintures et des revêtements, ces particules sont des pigments en poudre et d'autres additifs. Avec la peinture liquide et les revêtements, la connaissance du comportement d'écoulement est importante pour contrôler et optimiser l'application des revêtements. Avant de mélanger le revêtement, il est également une étape essentielle de caractériser les matières premières pour vérifier leurs propriétés matérielles.

La rhéologie et la viscométrie sont utilisées pour analyser le comportement d'écoulement, le durcissement et le comportement de séchage des peintures, des revêtements et des encres⁽³⁾. Un article plus complet peut être trouvé ici.

La taille des particules dans la dispersion est directement liée à des propriétés telles que l’apparence et l’uniformité de la couche de revêtement. Ce paramètre de revêtement peut être déterminé à l'aide d'un analyseur de taille de particules basé sur la technique de diffraction laser. Le potentiel zêta peut être mesuré pour analyser la stabilité de la formulation et éviter l'agrégation des particules dispersées. Des valeurs élevées du potentiel zêta indiquent une formulation stable et empêchent l'agglomération des particules et des performances de revêtement irrégulières. Ces résultats, ainsi que la taille des particules, peuvent être déterminés sur un analyseur de particules utilisant la diffusion dynamique et électrophorétique de la lumière (DLS et ELS).