Face aux enjeux environnementaux, les entreprises doivent développer des revêtements écologiques. Cependant, ces revêtements ne se limitent pas aux produits à base d'eau. Si les entreprises se précipitent sur le développement de ces derniers, une homogénéité des produits en résultera inévitablement. Outre les revêtements à base d'eau, les revêtements à haute teneur en solides, sans solvant et en poudre sont également écologiques. Ils devraient constituer le principal axe de développement de l'industrie des revêtements. Un rapport indique que la région Asie-Pacifique connaîtra la plus forte croissance du marché des revêtements en poudre entre 2017 et 2022, tant en valeur qu'en volume. La technologie des revêtements en poudre évolue rapidement pour répondre à la demande croissante du marché. Cette demande incite à étudier différentes poudres pour les revêtements.
Aperçu du revêtement en poudre
Introduction aux revêtements en poudre
Le revêtement en poudre, apparu dans les années 1950, est un revêtement écologique. Sa teneur en matières solides est de 100 % (TP3T) et il est exempt de COV. Il permet de réaliser des économies d'énergie et de réduire la pollution. Son procédé est simple, facile à automatiser et offre d'excellentes performances.
Le revêtement en poudre est composé de polymères, de pigments, de charges et d'additifs. Il ne présente aucune volatilisation de son liant liquide, ce qui lui confère une excellente protection écologique et environnementale. Il permet d'obtenir un revêtement épais en une seule application, avec une très grande efficacité. Il possède également d'excellentes propriétés mécaniques et une résistance chimique remarquable. Ses performances sont par ailleurs optimales. L'utilisation du revêtement en poudre permet de réaliser des économies d'énergie et de ressources. Son taux d'utilisation peut atteindre 99%. Sûr et très économique, ce revêtement sans solvant répond aux quatre principes des “ quatre E ” : économie, protection de l'environnement, efficacité et performance.
Aperçu du marché des revêtements en poudre
La hausse de la demande en appareils électroménagers et véhicules légers a stimulé le besoin en revêtements en poudre. Cette demande croissante, émanant des industries des pays développés et émergents, a dynamisé le marché des revêtements en poudre. Selon un rapport de Markets and Markets, le marché mondial des revêtements en poudre devrait atteindre 1 400 milliards de dollars américains d'ici 2022, avec une croissance annuelle de 6 751 milliards de dollars américains entre 2017 et 2022.
Le marché chinois des revêtements en poudre connaît la croissance la plus rapide au monde. Cette situation s'explique par de nombreux facteurs, notamment l'urbanisation rapide et le développement des secteurs du logement, de la construction et de l'automobile. En 2016, la production de l'industrie chinoise des revêtements en poudre a atteint 2,07 millions de tonnes.
Les revêtements en poudre représentent 111 000 tonnes sur la production totale de revêtements de mon pays. Le 13e plan quinquennal prévoit que “ d'ici 2020, l'industrie des revêtements devrait produire environ 22 millions de tonnes ”. Sur ce total, 571 000 tonnes devraient être des revêtements économiques et écologiques. En 2020, la part des revêtements en poudre atteindra 181 000 tonnes, soit une production de 4 millions de tonnes. Cette croissance stimulera la demande en charges pour poudres.
Analyse de l'application de différents matériaux en poudre dans les revêtements en poudre
L'ajout de charges dans les revêtements permet de réduire les coûts. Elles améliorent également les performances du revêtement.
Par exemple, ils peuvent :
- Améliorer la résistance à l'usure et aux rayures du revêtement.
- Réduire l'affaissement lors du nivellement de la fonte.
- Améliorer sa résistance à la corrosion et à l'humidité.
Lors du choix des charges pour les revêtements en poudre, il convient de tenir compte de la densité, de la dispersion, de la granulométrie et de la pureté. En général, plus la densité est élevée, plus le pouvoir couvrant du revêtement est faible. La dispersion des grosses particules est meilleure que celle des petites. La charge doit être chimiquement inerte et ne pas réagir avec certains composants de la formulation de la poudre, tels que les pigments. Elle doit être aussi blanche que possible. Les revêtements en poudre utilisent principalement les matériaux suivants : carbonate de calcium, sulfate de baryum, talc, mica, kaolin, silice et wollastonite.
Application du carbonate de calcium dans les revêtements en poudre
Il existe deux types de carbonate de calcium : léger et lourd. Le carbonate de calcium léger est du carbonate de calcium précipité. Tous les types de carbonate de calcium et les méthodes de production influent sur la brillance du revêtement. La granulométrie a une incidence importante sur celle-ci. Le carbonate de calcium est généralement déconseillé pour une utilisation en extérieur.
Le carbonate de calcium lourd est principalement utilisé en remplacement de certains matériaux. Il remplace partiellement le dioxyde de titane, les pigments colorés, le calcium léger et le sulfate de baryum précipité. Il prévient la corrosion et remplace partiellement les pigments antirouille. Il est également utilisé comme agent d'augmentation.
Lorsqu'on utilise du carbonate de calcium lourd dans les peintures d'intérieur, il peut être employé seul ou mélangé à du talc. Le carbonate de calcium présente de meilleurs avantages que le talc : il réduit la pulvérisation, améliore la tenue des couleurs dans les peintures claires et renforce la résistance aux moisissures. Cependant, sa faible résistance aux acides limite son utilisation dans les revêtements extérieurs.
Le carbonate de calcium léger possède une granulométrie plus fine et plus homogène que le carbonate de calcium lourd. Il présente également une absorption d'huile et une brillance supérieures. Le carbonate de calcium léger est indiqué lorsqu'un effet mat maximal est recherché.
Application du sulfate de baryum dans les revêtements en poudre
Il existe deux types de sulfate de baryum utilisés comme pigments pour peintures : naturel et synthétique. Le produit naturel est la poudre de barytine. Le produit synthétique est le sulfate de baryum précipité.
Dans les revêtements en poudre, le sulfate de baryum précipité améliore le nivellement et la brillance. Compatible avec tous les colorants, il permet d'obtenir une épaisseur idéale et un rendement élevé lors de la pulvérisation.
Les charges en poudre de barytine sont utilisées dans les primaires industriels et les peintures automobiles. Ces revêtements nécessitent une résistance élevée, un fort pouvoir couvrant et une inertie chimique. Elles sont également utilisées dans les vernis de finition brillants. Dans les peintures latex, la poudre de barytine fine peut remplacer une partie du dioxyde de titane. Son indice de réfraction élevé (1,637) lui confère un aspect de pigment blanc translucide.
Application de la poudre de mica dans les revêtements en poudre
La poudre de mica est composée de silicates complexes et ses particules sont lamellaires. Elle présente une excellente résistance à la chaleur, aux acides et aux alcalis. Elle influe également sur la fluidité à l'état fondu des revêtements en poudre. Elle est utilisée dans les revêtements en poudre thermorésistants et isolants. Elle peut aussi servir de charge pour les poudres texturées.
Parmi les nombreux types de mica, la séricite possède une structure similaire à celle du kaolin. Elle combine les propriétés du mica et des minéraux argileux. Son utilisation dans les revêtements améliore considérablement leur résistance aux intempéries et leur perméabilité à l'eau. Elle renforce également leur adhérence, leur solidité et leur aspect. De plus, les particules de colorant peuvent pénétrer dans les intercouches du réseau cristallin de la poudre de séricite, assurant ainsi une tenue des couleurs durable. La poudre de séricite possède également des propriétés anti-algues et anti-moisissures. Par conséquent, elle constitue une charge multifonctionnelle offrant un excellent rapport qualité-prix pour les revêtements.
Application du talc dans les revêtements en poudre
Le talc, également appelé silicate de magnésium hydraté, est obtenu par broyage direct du minerai de talc. Les particules se présentent sous forme de cristaux aciculaires. Elles sont grasses au toucher, douces et peu abrasives. Elles possèdent une bonne aptitude à la suspension et à la dispersion, ainsi qu'une certaine thixotropie. Elles influencent fortement la fluidité à l'état fondu des revêtements en poudre. De ce fait, elles sont fréquemment utilisées pour les poudres texturées. Actuellement, on les retrouve dans divers primaires, couches intermédiaires, peintures pour signalisation routière, revêtements industriels et revêtements architecturaux intérieurs et extérieurs.
Le talc est bon marché, mais ses inconvénients limitent son utilisation. Tout d'abord, il absorbe beaucoup d'huile. Pour réduire cette absorption, il faut le mélanger à des charges et à de la poudre de barytine à faible absorption d'huile. De plus, sa résistance à l'usure est faible. En cas d'usure importante, il est nécessaire d'ajouter d'autres charges pour la compenser. Troisièmement, le talc contenant des minéraux non métalliques ne convient pas aux revêtements extérieurs exigeant une haute résistance aux intempéries. Les impuretés peuvent réagir avec les acides, comme ceux présents dans les pluies acides. Enfin, le talc a des propriétés matifiantes, ce qui le rend inutilisable dans les revêtements brillants.
Application de la silice dans les revêtements en poudre
Le quartz poreux en poudre appartient au système de la silice. Sûr et largement utilisé dans de nombreux revêtements, il est notamment employé pour les revêtements en poudre, les retardateurs de flamme, les produits d'étanchéité et les agents anticorrosion. Économique et poreux, le quartz en poudre permet de réduire le coût des revêtements en poudre. Il peut remplacer le sulfate de baryum, réduisant ainsi la teneur en baryum soluble et contribuant au respect des normes environnementales.
De plus, les revêtements en poudre utilisent souvent de la silice pyrogénée comme agent anti-agglomérant. La silice pyrogénée est un pigment de surface et un agent de contrôle de la rhéologie du revêtement. Elle offre d'excellentes performances. Dans les revêtements liquides, elle contrôle la rhéologie en conférant des propriétés épaississantes, thixotropes et anti-coulures, et en assurant une bonne couverture des bords. Dans les revêtements en poudre solides, elle améliore la fluidité de la poudre et prévient l'agglomération et la fluidification.
Application du kaolin dans les revêtements en poudre
Le kaolin améliore la thixotropie et les propriétés anti-sédimentation. L'argile calcinée n'affecte pas la rhéologie. Cependant, comme l'argile non traitée, elle peut matifier, augmenter le pouvoir couvrant et la blancheur. Ces effets sont similaires à ceux du talc.
Le kaolin présente une forte absorption d'eau. Il ne contribue pas à la thixotropie ni à la réalisation de revêtements hydrophobes. La granulométrie des produits à base de kaolin se situe entre 0,2 et 1 µm. Le kaolin à grosses particules présente une faible absorption d'eau et un bon pouvoir matifiant. Le kaolin à petites particules (moins de 1 µm) peut être utilisé pour les revêtements semi-brillants et d'intérieur.
On distingue deux types de kaolin : le kaolin calciné et le kaolin lavé. En général, le kaolin calciné présente une absorption d’huile, une opacité, une porosité, une dureté et une blancheur supérieures à celles du kaolin lavé.
Application de microsphères de verre creuses dans les revêtements en poudre
Les microsphères de verre creuses sont de minuscules poudres sphériques creuses. Légères et volumineuses, elles présentent une faible conductivité thermique. Elles possèdent une résistance élevée à la compression, sont isolantes et résistantes à la corrosion. Non toxiques, bien dispersées et stables, elles offrent une excellente stabilité.
Utilisées dans les revêtements en poudre, les microsphères de verre creuses peuvent jouer les rôles suivants :
- (1) Isolation thermique et faible absorption d'eau. Les microsphères de verre creuses contiennent un vide ou un gaz raréfié. Ceci crée une différence de densité et de conductivité thermique avec la résine époxy. Elles offrent ainsi une excellente isolation thermique et constituent une charge idéale pour les revêtements en poudre haute température.
- (2) Il est possible d'améliorer les propriétés physiques et mécaniques des revêtements en poudre. Les charges de microsphères de verre creuses augmentent la dureté et la rigidité des revêtements. Cependant, leur résistance aux chocs diminue. L'ampleur de cette diminution dépend du traitement de surface des microsphères. L'utilisation d'un agent de couplage approprié en prétraitement permet de réduire leur résistance aux chocs.
- (3) Faible absorption d'huile. Le taux d'absorption d'huile des microsphères de verre creuses est variable, se situant entre 7 et 50 mg pour 100 g. Cette faible absorption d'huile permet d'augmenter la quantité de produit de manière discrète lors de la production, réduisant ainsi le coût global.
Application de la wollastonite dans les revêtements en poudre
La wollastonite est principalement composée de silicate de calcium. Sa densité est de 2,9 g/cm³, son indice de réfraction de 1,63 et son absorption d'huile de 30 à 50 l/min. Elle présente une structure aciculaire et une bonne brillance.
Les revêtements en poudre utilisent généralement de la poudre de wollastonite naturelle, issue de la transformation de la wollastonite naturelle. La wollastonite peut servir de pigment de base. Elle peut remplacer une partie des pigments blancs dans le revêtement. Elle améliore le pouvoir couvrant et réduit les coûts de peinture. Sa bonne conductivité en fait un choix courant pour les revêtements en poudre isolants époxy. La wollastonite est un matériau blanc en forme d'aiguilles. Elle peut améliorer les propriétés de flexion et de traction des revêtements en poudre.
Tendances d'évolution des charges en poudre pour revêtements en poudre
Traitement de surface des charges en poudre
Les charges utilisées dans les revêtements en poudre sont polaires. Les résines utilisées dans ces revêtements le sont également. Cette polarité excessive engendre une faible compatibilité entre elles et nuit aux performances du revêtement. Il est donc généralement nécessaire de traiter les charges en poudre. On peut recourir à des méthodes physiques (enrobage de surface et adsorption) ou chimiques (substitution, hydrolyse, polymérisation et greffage) pour réduire la taille des particules ou améliorer la fluidité du système. Ce traitement améliore la mise en œuvre du revêtement, la qualité de surface (brillance, éclat des couleurs) et sa résistance mécanique.
Micronisation des charges en poudre
Un rapport résine/charge constant est essentiel dans les revêtements en poudre. Théoriquement, des particules de charge plus fines offrent de meilleures propriétés de surface et mécaniques. Si la taille des particules de charge est réduite à celle du dioxyde de titane (0,2-0,5 µm), le titane aggloméré présent dans la formule peut être isolé. Ceci crée de meilleurs centres de dispersion et améliore le pouvoir couvrant du dioxyde de titane. C'est le principe de séparation spatiale des charges micronisées. De même, les charges micronisées permettent également de réduire la quantité de pigment utilisée.
Nanotechnologie de remplissage de poudre
Les nanomatériaux les plus couramment utilisés sont le dioxyde de silicium nanométrique, le dioxyde de titane nanométrique et le carbonate de calcium nanométrique. Le dioxyde de titane nanométrique est réputé transparent. Il améliore les propriétés mécaniques et l'absorption des UV des revêtements. Il renforce également considérablement la résistance aux intempéries des revêtements en poudre utilisés dans les vernis de finition automobiles. Les nanomatériaux sont des particules très fines à forte activité de surface. Ils s'agglomèrent et floculent facilement. Par conséquent, le traitement de surface des charges nanométriques, la méthode d'incorporation, le choix du matériel de dispersion, la quantité de nanomatériaux ajoutés aux revêtements en poudre et leur dispersion dans la résine de base sont des éléments clés pour l'application des nanomatériaux dans les revêtements en poudre. Lors de la conception de revêtements en poudre, le choix des charges doit être basé sur les performances requises afin d'obtenir un résultat optimal.
Fonctionnalisation des charges de revêtement en poudre
L'objectif des revêtements en poudre fonctionnels est d'améliorer leurs propriétés, notamment leurs aspects physiques, chimiques et mécaniques, ou de leur ajouter de nouvelles fonctions. Les poudres de kaolin et de wollastonite permettent de fabriquer des revêtements en poudre isolants électriques. Elles contribuent à réduire les coûts et à améliorer l'isolation. Les hydroxydes d'aluminium et de magnésium, quant à eux, retardent la flamme et permettent de réaliser des revêtements en poudre ignifuges. Ils permettent également de contrôler la rhéologie, d'améliorer l'adhérence, de maîtriser la brillance et d'accroître le pouvoir couvrant. Par conséquent, les fabricants de charges pour revêtements en poudre doivent dépasser la simple réduction des coûts et privilégier la recherche pour développer de nouvelles charges performantes et économiques, afin de répondre aux exigences croissantes du secteur.