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Embellir le monde avec les peintures

Sommaire :

N° de page

Partie 1 : Contretypage d’une peinture commerciale en dispersion aqueuse 2

1. Caractérisation de la peinture de référence 2

2. Rédaction d’un cahier des charges 3

3. Formulation d’une peinture 3

4. Fabrication et application de la peinture formulée 4

5. Contrôle et validation de la peinture. Rédaction d’une fiche technique 5

6. Analyse d’une réclamation 6

Partie 2 : Rhéologie des peintures 6

1. Propriétés rhéologiques de peintures commerciales 6

2. Etude d’un agent rhéologique 7

3. Optimisation de la rhéologie d’une peinture murale 8

4. Influence de l’agent dispersant. Courbe de défloculation 9

Partie 3 : Formulation d’une peinture pour VTT 10

1. Développement de la peinture polyuréthanne bi-composant 10

2. Assistance technique sur le site de production 12

Annexes 13

Références 26

2

Partie 1 Contretypage d’une peinture commerciale en dispersion aqueuse

Les activités proposées dans cette partie peuvent être réalisées sous forme de projet, incluant le cours sur la formation des

films, et / ou la protection des supports, et des exercices sur la formulation des peintures (la notion de CPV pourrait être

abordée dans le cadre de ces activités par exemple). La classe peut être répartie en petits groupes de 3 ou 4, chaque personne

jouant un rôle prédéfini au sein du groupe (ex : secrétaire, documentaliste, porte-parole, etc.).

Vous avez à votre disposition une peinture en dispersion aqueuse inconnue, correspondant à l’une des 6 peintures murales

grand public suivante :

Peinture satin premier prix

Peinture mate premier prix

Peinture satin milieu de gamme

Peinture mate milieu de gamme

Peinture satin haute qualité

Peinture mate haute qualité

L’objectif de ce travail est de caractériser cette peinture de manière à établir un cahier des charges précis d’une peinture à

formuler, puis de la contretyper en formulant votre propre peinture.

1. Caractérisation de la peinture de référence

Applicabilité

Réalisez un test d’applicabilité à la brosse de la peinture commerciale sur grande carte contraste (voir annexe, document

1).

1. Evaluez les caractéristiques suivantes :

Confort d’application (note de 1 à 5)

Tension du film (note de 1 à 5)

Résistance à la coulure (note de 1 à 5)

Rendement d’application (rendement superficiel spécifique RSC)

Contrôle de la peinture liquide

2. Mesurez la masse volumique de la peinture à l’aide d’un pycnomètre. Vous réaliserez pour cela deux essais dont l’écart

ne devra pas dépasser 0,005 g.mL-1. La valeur du résultat sera la moyenne de ces deux essais.

3. Mesurez l’extrait sec massique de la peinture dans les conditions d’étuvage suivantes : 1h30 – 165° C.

Deux essais seront effectués. Les 2 valeurs sont acceptables si elles diffèrent de moins de 2% par rapport à leur

moyenne. Le résultat doit être exprimé à 0,1 % près.

4. Cette manière de déterminer l’extrait sec conduit-elle à le sous-estimer ou à le surestimer ? Expliquez. S’agit-il d’un

défaut de fidélité de la mesure, ou bien d’un défaut de justesse ? Comment appelle-on une telle erreur ?

5. Mesurez la viscosité Brookfield aux vitesses suivantes : ω = 5, 10, 20, 50, 100 tr.min-1. Tracez le graphe η = f(ω).

6. Si vous disposez d’un rhéomètre, tracer une courbe de viscosité et une courbe d’écoulement afin d’évaluer le profil

rhéologique du produit.

Contrôle du film sec

7. Réalisez au préalable les applications suivantes :

Applications au tire-film à 100, 120, 150 et 200 µm sur carte contraste

3 applications au tire-film à 150 µm sur plaquettes métalliques

Selon le matériel disponible : applications sur supports pour essais d’abrasion sèche et abrasion humide

8. Mesurez l’épaisseur du film en 10 points de chaque plaquette métallique. Pour chaque plaque la spécification de

l’épaisseur prendra la forme suivante :

𝑒𝑖 = �̅�𝑖 ± ∆𝑒𝑖

3

�̅�𝑖 est l’épaisseur moyenne, et ∆𝑒𝑖 l’écart-type correspondant à la dispersion des épaisseurs sur chaque plaque.

9. L’écart-type précédent est-il associé à une incertitude de mesure ?

10. Sachant que la dispersion relative entre les plaques doit être au maximum de 10 %, votre application est-elle

acceptable ?

11. Mesurez la brillance du film de peinture à 60°. 5 essais seront réalisés, et vous évaluerez l’incertitude élargie

correspondante (facteur d’élargissement : k=2,78 pour un niveau de confiance de 95 %).

12. Cette peinture est-elle brillante, mate ou satinée ?

13. Déterminez l’opacité de cette peinture par une mesure de rapport de contraste aux différentes épaisseurs appliquées.

Tracez le graphe RC = f(e).

14. Le pouvoir masquant correspond à la surface couvrable avec un litre de peinture de manière à atteindre un rapport de

contraste de 98 %. Déterminez l’expression théorique du pouvoir couvrant en fonction de l’épaisseur, de l’extrait sec

massique, ainsi que de la masse volumique de la peinture. Evaluez celui de votre peinture.

15. Evaluez l’adhérence de cette peinture sur plaquette métallique par un essai de quadrillage.

16. Evaluez la résistance mécanique de cette peinture avec le matériel disponible au laboratoire.

17. Evaluez la résistance chimique de cette peinture.

18. Rédigez une fiche de contrôle complète pour cette peinture (voir exemple en annexe, document 2).

Questions

19. Quel est le mode de séchage des peintures en dispersion aqueuse ? Faites un schéma.

20. Quels additifs emploie-t-on classiquement pour favoriser ce type de séchage ?

21. Quel inconvénient présente l’emploi de tels additifs ? Quelles solutions techniques permettent de s’en passer ?

22. Quels sont pour vous les points forts et les points faibles de la peinture testée ? Justifiez votre réponse.

23. Quels autres tests auraient pu être réalisés si vous aviez disposé du matériel adéquat ?

Présentation orale

Chaque groupe fera une présentation d’environ 10

minutes, afin de présenter la peinture étudiée, supports à

l’appui (applications, diaporama, etc.).

2. Rédaction d’un cahier des charges

1. Etablissez une liste d’exigences techniques concernant la peinture que vous allez formuler, afin de rédiger un cahier

des charges le plus complet possible. Au besoin, documentez-vous sur internet.

2. Aux exigences précédentes, lesquelles faudrait-il ajouter ?

3. Rédigez finalement un cahier des charges quantitatif, avec les contrôles à réaliser sur la peinture et les valeurs

attendues (on s’aidera des résultats obtenus avec la peinture commerciale).

3. Formulation d’une peinture

Il s’agit ici de déterminer une formule d’orientation. Plusieurs variantes pourront être testées en modifiant certains

paramètres (CPV, rapport pigment/charge…), ou certaines matières premières (épaississant, dispersant, …).

1. Quelles matières premières faudra-t-il employer pour contretyper cette peinture ?

4

2. Le rapport volumique pigment / charge sera fixé à 0,5. Ce rapport pourra être réévalué par la suite pour atteindre

l’opacité voulue. Déterminez la CPVC correspondant à ce mélange de pulvérulents.

3. Quel choix de CPV pourrait être pertinent pour obtenir le brillant souhaité ? (voir annexe, document 3)

4. Déterminez la formule massique de la peinture.

4. Fabrication et application de la peinture formulée

Fabrication

Fabriquer une peinture consiste à disperser les matières pulvérulentes dans une solution ou une dispersion de résine. Le processus peut se schématiser de la façon suivante :

Lorsque l’on fabrique une peinture en dispersion aqueuse, pour l’empâtage il est conseillé d’utiliser le minimum de liquide possible, afin d’optimiser la viscosité lors de la dispersion (le mélange doit être pâteux lors de la dispersion) : on commence généralement par ajouter la moitié de l’eau prévue lors de cette étape de la fabrication, quitte à ajuster par la suite pour obtenir une viscosité adéquate. 1. Fabriquez environ 500 g de peinture en respectant les consignes données en annexe, document 4. La dispersion se

fera jusqu’à obtention d’une finesse de grains de 7 Hegman (env. 15-20 µm). Votre peinture devra être rendue dans un emballage fermé et propre.

2. Rédigez une fiche de fabrication destinée à un opérateur. Celle-ci doit se présenter sous forme synthétique (tableau) et doit contenir les informations suivantes : Noms commerciaux des matières premières Ordre d’introduction des matières premières Indications de temps, de vitesses de dispersion … etc. Matériel utilisé (contenant, disque de dispersion …etc.) Observations au cours de chaque étape (remarques éventuelles, finesse de grains après la dispersion) Un exemple de fiche de fabrication figure en annexe, document 5.

3. Précisez les difficultés éventuellement rencontrées lors de cette fabrication. 4. Proposez des améliorations du mode opératoire et / ou de la formule. 5. Transposition à l’échelle industrielle : on désire fabriquer la même peinture dans un atelier pilote, à l’aide d’un disque

de dispersion de 20 cm de diamètre : quelle vitesse de rotation (en tr/min) préconisez-vous ?

Application

6. Vous appliquerez cette peinture :

Au barreau d’application 150 m humide sur carte contraste et sur 3 plaques métalliques A la brosse sur des supports en placoplâtre D’autres supports vous seront proposés selon le matériel disponible au laboratoire

Empâtage Empâtage Dispersion Complément Filtration

Solv

ants

Ad

dit

ifs

Pu

lvé

rule

nts

Lian

ts

Solv

ants

Ad

dit

ifs

5

5. Contrôle et validation de la peinture. Rédaction d’une fiche technique.

Contrôles

1. Caractérisez la peinture que vous avez formulée de la même manière que la peinture commerciale (section 1).

2. Répertoriez l’ensemble des résultats dans un document permettant de comparer la peinture test et la peinture de

référence.

Questions

3. Votre peinture respecte-t-elle le cahier des charges établi à la section 2 ?

4. Quels points pourront être améliorés ? Quelles actions correctives faudra-t-il mettre en œuvre ?

Fiche technique

5. Recherchez sur internet des fiches techniques de différentes peintures.

6. Rédigez une fiche technique de cette peinture, destinée à un utilisateur. Les informations essentielles à la mise en

œuvre de la peinture doivent figurer sur la fiche technique : descriptif du produit (type de peinture, aspect, etc.),

informations nécessaires à la mise en œuvre (supports, préparation, dilution, conditions et techniques d’application,

etc.), conditions de stockage, performances indicatives, etc. La présentation doit être synthétique et agréable. Vous

trouverez un modèle de ce type de document en annexe (document 6).

Présentation orale

7. Vous présenterez en 10 minutes environ les résultats obtenus, en soignant particulièrement les supports d’illustration.

6

6. Analyse d’une réclamation

Un promoteur immobilier, à qui vous avez commercialisé votre

peinture de façade, réclame un remboursement suite à

d’importants défauts survenus sur son chantier. Les produits ont

été appliqués en deux couches sur des murs extérieurs en béton,

ainsi que sur des cadres de fenêtres en acier. Les défauts sont les

suivants :

- La finition a cloqué sur plus de la moitié de la surface - Des points de corrosion sont apparus sur les cadres de fenêtres - Des moisissures sont apparues dans les pots lors du stockage - Le revêtement est devenu farineux

1. Le cloquage et la corrosion résultent-ils forcément d’une formule défectueuse ? Justifiez votre réponse. 2. Quelles seront vos démarches pour préciser la cause de ces deux défauts ? 3. Comment corriger le problème de moisissures ? 4. Donnez une cause possible au problème de farinage. Comment remédier à ce problème ?

Partie 2 Rhéologie des peintures

Ces activités peuvent également faire l’objet d’un travail d’équipe (projet).

1. Propriétés rhéologiques de peintures commerciales

Le but est de se familiariser avec les mesures rhéologiques en étudiant les comportements de peintures du commerce :

Peinture acrylique mate

(phase aqueuse) Laque glycérophtalique brillante

(phase solvant) Lasure gélifiée satinée

Propriétés d’application des 3 peintures

1. Réalisez des tests d’applicabilité sur ces peintures (voir partie 1 section 1).

2. Pour chaque peinture, indiquez la valeur du garnissant (masse de peinture transférée, par m2) ainsi que du

rendement.

3. Si vous disposez du matériel, réalisez un test de coulure. Indiquez l’épaisseur à partir de laquelle les coulures

apparaissent éventuellement.

4. Si vous disposez du matériel, réalisez un test de tendu et indiquez l’épaisseur à partir de laquelle celui-ci est

satisfaisant.

5. Evaluez la masse de peinture transférée sur la brosse (chargement de l’outil) après avoir plongée celle-ci 30 secondes

dans le pot.

6. Par une évaluation qualitative, classez les peintures de la moins onctueuse à la plus onctueuse.

7

Etude rhéologique

7. Mesurez la viscosité Brookfield aux vitesses suivantes : ω = 5, 10, 20, 50, 100 tr.min-1. Tracez le graphe η = f(ω).

8. Si vous disposez d’un viscosimètre cône et plateau, réalisez une mesure de viscosité à haut gradient de vitesse.

Exprimez la viscosité en Pa.s et en cP.

9. A l’aide d’un rhéomètre, évaluez le profil rhéologique des peintures.

Courbe d’écoulement : σ = f(D)

Courbe de viscosité : η = f(D)

On réalisera pour cela une montée en cisaillement de 0 à 500 s-1, et une descente en cisaillement de 500 à 0 s-1.

10. Calculez pour chaque peinture un rapport viscosité haut gradient / viscosité bas gradient.

11. Indiquez le comportement rhéologique de chaque peinture.

12. Evaluez le seuil d’écoulement des peintures qui en comportent un. Pour cela, on travaillera à contrainte imposée et

on réalisera des paliers de cisaillement de 0 à une valeur de contrainte légèrement supérieur au seuil évalué sur la

courbe d’écoulement précédente.

Dans certains cas, une étude en régime sinusoïdal pourra être réalisée avec l’enseignant de manière à déterminer le

seuil d’écoulement avec une précision accrue. (Capacité non exigible)

13. Evaluez la thixotropie et le temps de restructuration du produit en suivant le mode opératoire suivant en 3 étapes :

Palier de 1 minute : D = 0 s-1

Palier de 1 minute : D = 100 s-1 (déstructuration)

Palier de 10 minutes : D=0 s-1 (reprise de structure)

Conclusion et présentation orale

14. L’ensemble des résultats obtenus précédemment sera regroupé dans le tableau donné en annexe (document 7).

15. Indiquez, en justifiant soigneusement, les mesures rhéologiques correspondant à chaque propriété suivante :

Brossabilité

Tendance à la coulure

Garnissant

Onctuosité

Tendu

Chargement de l’outil

16. Quelle sera à votre avis la peinture qui présentera la meilleure tenue en pot (résistance à la sédimentation) ?

17. L’ensemble des résultats fera l’objet d’une présentation orale illustrée par différents supports.

2. Etude d’un agent rhéologique

L’objectif est de réaliser une étude comparative de différents types d’épaississant en examinant les propriétés que chacun

permet de développer, ainsi que leurs modes d’action. On étudiera ici les épaississants suivants :

Viscoatex 730

Rheotec 3800

Coapur 3025

Coapur 830 W

Etude de la fiche technique

1. Vous avez à votre disposition la fiche technique de l’épaississant à étudier. Lisez celle-ci attentivement et complétez

le tableau en annexe (document 8).

8

Fabrication

L’épaississant sera testé sur la formule suivante, qui correspond à une peinture bâtiment styrène-acrylique :

Matières premières Masses

Dispersion styrène-acrylique 485 TiO2 110 CaCO3 235 Dispersant Coatex BR 3 2 Antimousse Tego Foamex 805 2 Agent de coalescence Voir fiche technique du liant Eau 140 Ammoniac QSP pH basique

2. Fabriquez environ 600 g de cette peinture.

3. Rédigez une fiche de fabrication.

4. Divisez cette peinture en 3 parties approximativement égales, dont les masses seront précisément connues. Les

mélanges seront numérotés de 1 à 3.

5. Les ajouts d’épaississant seront effectués comme suit :

Peinture 1 : pas d’épaississant

Peinture 2 : limite inférieure de la dosologie indiquée dans la fiche technique

Peinture 3 : limite supérieure de la dosologie indiquée dans la fiche technique

Propriétés rhéologiques des produits

6. Evaluez les propriétés d’application (à la brosse) de ces peintures, comme indiqué dans la section 1 : tendu, coulures,

garnissant, chargement de l’outil.

7. Réalisez, comme dans la section 1, les différentes mesures rhéologiques nécessaires pour caractériser de manière

complète le comportement des peintures. Remplissez le tableau en annexe (document 9).

8. Tracez sur un même graphique les 3 courbes d’écoulement. Vous y ajouterez vos propres annotations (points

caractéristiques).

9. Tracez sur un même graphique les 3 courbes de viscosité. Vous y ajouterez vos propres annotations (points

caractéristiques).

Exploitation

10. Quel comportement rhéologique est conféré par l’épaississant étudié ?

11. Quel est l’intérêt d’avoir un seuil d’écoulement important avant cisaillement ?

12. Quel est l’intérêt d’avoir un seuil d’écoulement important après cisaillement ? Quel risque cela présente-t-il

néanmoins ?

13. Quels défauts ont pu être corrigés par cet épaississant ? Justifiez minutieusement votre réponse en vous appuyant

sur son mode d’action.

14. Quels défauts n’ont pas pu être corrigés par cet épaississant ? Justifiez.

15. Quel(s) risque(s) présente le surdosage de cet épaississant ?

3. Optimisation de la rhéologie d’une peinture murale

Les activités précédentes vont à présent vous permettre d’optimiser votre propre peinture. Le but du TP est d’obtenir une

peinture répondant au cahier des charges suivant :

Propriété Valeur attendue

Viscosité Brookfield 10 Tr.min-1, 20° C 3000 mPa.s ± 200 mPa.s

Viscosité apparente à 500 s-1, 20° C 2,4 P ± 0,2 P

9

Action conjointe de deux épaississants

1. Quel épaississant peut être utilisé conjointement à celui étudié à la section 2 ?

2. Quel est le mode d’action de cet épaississant ? En quoi est-il complémentaire du précédent ?

3. Fabriquez environ 250 g de la peinture dont la formule est indiquée ci-après :

Matières premières Masses

Dispersion styrène-acrylique 100 TiO2 35 CaCO3 35 Dispersant Coatex BR 3 1,5 Antimousse Tego Foamex 805 1 Agent de coalescence Voir fiche technique du liant Eau 60 Ammoniac QSP pH basique

4. Divisez cette peinture en deux parties A et B, dont les masses seront exactement connues.

5. Peinture A : ajouter à la peinture un épaississant de votre choix de manière à ajuster la viscosité à bas gradient de

vitesse.

6. Peinture B : ajouter à la peinture les deux épaississants de manière à atteindre les objectifs du cahier des charges.

7. Réaliser des tests d’application (à la brosse) de ces deux peintures.

Conclusions et présentation

8. Comparer les propriétés d’application des peintures A et B. Quels défauts ont pu être corrigés par chaque

épaississant ?

9. Quelles caractéristiques pourraient encore être améliorées sur la peinture B ? Comment ?

10. Présentez oralement l’ensemble des résultats obtenus dans les sections 2 et 3.

4. Influence de l’agent dispersant. Courbe de défloculation

Le rôle de l’agent dispersant ne doit pas être négligé car son influence sur les propriétés rhéologiques est très importante.

On étudiera ici un agent dispersant commercial, le Tego Dispers 750W, dont la fiche technique figure en annexe, document

10.

Tracé de la courbe de défloculation

1. Réalisez une pâte pigmentaire en dispersant 100 g de TiO2 dans un minimum d’eau.

2. Notez la masse m d’eau introduite.

3. Mesurez la viscosité Brookfield à 10 tr.min-1 de cette pâte.

4. Réalisez des ajouts de dispersants de 1% (en masse, calculés sur la masse de pigments). Une dizaine d’ajouts suffiront.

Mesurez à chaque ajout la viscosité Brookfield du mélange obtenu.

Exploitation

5. Quel est l’extrait sec massique de la pâte pigmentaire réalisée ?

6. Tracez le graphe η = f(x) où x est la teneur en dispersant.

7. Interprétez l’allure de cette courbe en expliquant ses différentes parties.

8. Quelle est d’après vos mesures la dosologie optimale de ce dispersant ?

9. Comparez à la valeur théorique et indiquez l’erreur relative.

10

Partie 3 Formulation d’une peinture pour VTT

Un grand groupe français spécialisé dans les articles de sport et de loisir, fait

appel à vos services afin de développer une nouvelle peinture pour la finition

de VTT. L’accent est mis sur l’écologie et un aspect esthétique très

« tendance ».

Deux missions vous sont confiées :

Développement d’une peinture polyuréthanne bi-composant

Assistance technique auprès de votre client sur le site de production du

VTT

1. Développement de la peinture polyuréthanne bi-composant

Le but de cette activité est de mettre au point une peinture polyuréthanne bi-composant, et d’étudier l’influence du taux

de durcisseur sur la réticulation.

Etude des fiches techniques et formulation de la peinture

La peinture sera formulée à partir de deux résines : une résine acrylique hydroxylée, ainsi qu’un durcisseur poly-isocyanate.

Vous avez à votre disposition les fiches techniques de ces deux résines.

1. A partir des informations que vous y trouverez, remplissez le tableau donné en annexe (document 11).

2. Indiquez la réaction qui se produit lors du mélange des deux polymères.

3. La peinture est constituée de deux composants : composant A (contenant le Bayhydrol A145, les pigments, les additifs

et de l’eau) et composant B (contenant le Bayhydur 304 et éventuellement de l’eau). Ces deux composants sont

respectivement appelés base et durcisseur.

4. Vous réaliserez 4 formules différentes de manière à mettre en œuvre les stœchiométries indiquées dans le tableau ci-

dessous, que vous compléterez :

Peinture 1 Peinture 2 Peinture 3 Peinture 4

Stœchiométrie NCO / H actif 0,7 1 1,5 2

Masse de composant A 100 g 100 g 100 g 100 g

Masse de résine A sèche

n (H actif)

n (NCO) requis

Masse de résine B sèche

Masse de composant B

5. Déterminez une formule massique de chacune des peintures (mélange base + durcisseur) respectant les éléments

suivants :

Extrait sec massique : 50 %

CPV = 20 %

Vous utiliserez le(s) pigment(s) de votre choix

Vous utiliserez les additifs que vous jugerez adéquats pour cette formulation

11

6. Vous fabriquez environ 250 g de chaque peinture sans le durcisseur.

7. Réalisez une fiche de fabrication

Application et contrôle des formules

Pour des raisons pratiques (durée de vie en pot), on répètera successivement les opérations qui suivent pour chaque peinture.

8. Réalisez le mélange A+B dans les proportions adéquates. Attention : l’émulsification du durcisseur ne peut être réalisée

correctement par un mélange manuel : il est nécessaire de réaliser l’homogénéisation à l’aide d’un disperseur.

9. Démarrez aussitôt une détermination de la durée de vie en pot (DPU). On peut par exemple utiliser un rhéomètre et

programmer un suivi de la viscosité à bas gradient de vitesse en fonction du temps. On peut également utiliser un

viscosimètre Brookfield, mais les quantités fabriquées devront alors être adaptées. Dans tous les cas, on tracera la

courbe η = f(t) et on déterminera le temps nécessaire pour doubler la valeur de viscosité par rapport à la valeur initiale.

10. Réalisez les applications suivantes :

3 plaquettes métalliques au tire-film à 150 µm humides

Si vous disposez d’un pistolet pneumatique, vous pouvez réaliser une application sur plaquettes métalliques après

avoir effectué une dilution adéquate

11. La réticulation pourra se faire à température ambiante, ou bien pourra être accélérée par passage à l’étuve (20

minutes ; 160° C). On veillera à ce que les 4 peintures soient réticulées rigoureusement dans les mêmes conditions !

12. Après réticulation complète, évaluez les propriétés suivantes

- Dureté Persoz

- Résistance à la rayure (dureté crayon)

- Résistance au choc (essai de cotation, en choc direct)

- Résistance à l’emboutissage

- Adhérence (essai de quadrillage)

- Résistance à la méthyl éthyl cétone (MEK)

- Résistance à l’emboutissage

Exploitation des résultats

13. Lorsque cela vous semble pertinent, tracez l’évolution des propriétés en fonction du rapport stoechimétrique NCO / H

actif (noté x).

14. Si certaines grandeurs ne peuvent pas être suivies en fonction de x, proposez une explication de ce problème en

critiquant le mode opératoire suivi.

15. Quelle est, d’après les résultats, la stœchiométrie optimale ? Justifiez soigneusement.

16. Proposez une explication à cette valeur : en particulier, pourquoi la stœchiométrie optimale correspond rarement à la

valeur x=1 ?

17. Rédigez une fiche technique pour votre peinture.

12

2. Assistance technique sur le site de production

Vous avez été désigné comme expert pour assister votre client dans

la mise en place de sa ligne d’application de peintures. Voici le premier

système qui a été retenu :

- Peinture polyuréthanne bi-composant, appliquée par pulvérisation

pneumatique à 60 µm en une couche.

- Etuvage à 160°C pendant 10 minutes

- Vernis polyuréthanne bi-composant, appliqué par pulvérisation

pneumatique à 40 µm

Les supports sont des cadres en aluminium ou en matériau composite

époxy + fibre de carbone.

1. La première difficulté posée par le procédé ci-dessus vient du temps d’étuvage. Votre client souhaiterait accélérer cette

étape afin de pouvoir augmenter sa cadence de production. Indiquez deux solutions possibles.

2. Lors des premiers essais sur site, vous avez constaté avec le responsable de la ligne peinture que des coulures

apparaissent parfois après l’application de la première couche. Comment modifier l’application pour résoudre ce

problème ?

3. Il est également possible d’adapter la formule de la peinture pour corriger ce défaut : quel type d’épaississant pourrait-

on employer ici ? Justifiez soigneusement votre réponse en décrivant le mode d’action de cet épaississant.

4. Un problème survient plus spécifiquement sur les cadres en composite : des petits cratères apparaissent parfois,

laissant apparaître le support.

a. Quel phénomène désigne l’étalement d’un liquide sur une surface solide ?

b. Quelle grandeur physique est ici mise en jeu ? Comment la mesure-t-on ?

c. A quelle condition un liquide peut-il s’étaler sur un support solide ?

d. Expliquez pourquoi les matières plastiques posent problème, alors que le défaut n’apparaît pas sur les

cadres en aluminium.

e. Quelle solution pourrait-on mettre en œuvre au niveau du support ? Au niveau de la formule de la

peinture ?

13

Annexes

Document 1 : Test d’applicabilité Une première évaluation des performances d’une peinture peut être réalisée à partir d’une application sur carte contraste

grand format (voir figures ci-dessous).

Cordage Absence de coulures Garnissant insuffisant

Bon tendu Coulures Garnissant insuffisant

Bon compromis tendu-coulures Bon garnissant

Le motif en damier permet d’évaluer qualitativement le pouvoir couvrant (opacité) du film, lié à la formule (quantité de

TiO2) mais aussi à l’épaisseur appliquée (pouvoir garnissant, conditionné par une viscosité importante à haut gradient de

vitesse).

L’application se fait à la brosse en deux passes croisées, et se termine par le tracé d’une croix (afin d’évaluer la tension du

film), puis d’une rainure fine (évaluation des coulures).

Il est enfin possible de mesurer le rendement d’application, c’est-à-dire la surface que l’on peut couvrir à l’aide d’un litre de

peinture, l’aire du damier valant 0,1 m2. Pour cela, on pèse la brosse ainsi que le contenant de la peinture avant et après

application pour déterminer la masse de peinture déposée. Le volume appliqué peut-être déduit à partir de la densité de la

peinture.

14

Document 2 : Une fiche de contrôle

Produit testé : peinture routière blanche

Valeurs de référence : cahier des charges ou produit de référence

Produit sous forme de livraison

Testé 48h après fabrication.

Propriété contrôlée Test / Norme / Matériel Valeur de référence Peinture testée

Masse volumique à 20°C Mesure au pycnomètre (ISO 2811-1) 1,25 ± 0,01 g.mL-1 1,23 ± 0,01 g.mL-1

Extrait sec 1h30 à 165° C (NF T30-085) 51 ± 1 % 49 ± 1 %

Viscosité Brookfield à 25 °C Mobile n°3, 10 tr.min-1 (ISO 2555) 660 cP 980 cP

Temps de séchage Mesure à 20°C, 50% d’humidité (ISO 9117-1)

20 min 20 min

Feuil sec

Tous les films sont appliqués à 150µm humides.

Formation du film pendant 28 jours à 20° C et 50% d’humidité relative.

Tous les tests sont effectués à 20°C.

Propriété contrôlée Test / Norme / Matériel Valeur de référence Peinture testée

Brillance Brillancemètre, 60° (ISO 2813) 7,8 ± 0,2 ub 10,8 ± 0,2 ub

Pouvoir masquant Rapport de contraste (ISO 6504) 96,3 ± 0,5 % 96,3 ± 0,5 %

Résistance à la rayure Dureté crayon (ISO 15184) 3H 3H

Lessivabilité Abrasion humide 200 a/r (ISO 7784-3) Perte de 5 µm Perte de 7 µm

Dureté Dureté Persoz (DIN 55 945) 47 s 54 s

Adhérence sur acier Essai de quadrillage (ISO 2409) Cot. 1 Cot. 1

Résistance au choc direct Chute de masse, essai en tout-ou-rien (ISO 62272-1)

36 kg.cm 36 kg.cm

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Document 3 : Brillance et CPV

Les valeurs indiquées ci-dessous sont indicatives mais peuvent servir de base pour l’établissement d’une formule

d’orientation. On rappelle que λ = CPV / CPVC.

Echelles de brillant

20° 60° 85°

Brillant 20-90 70 - 95+ --

Semi-brillant 5-45 35-70 --

Satiné -- 20-35 25-40

Coquille d’œuf -- 10-20 15-25

Mat -- 0-10 0-15

Type de peinture λ typique

Brillante 0-0,5

Satinée 0,5-0,8

Mate 0,8-1,4

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Document 4 : Le processus de dispersion Objectif La dispersion consiste en l’incorporation de particules solides dans des milieux liquides de manière à obtenir des suspensions stables (pas de sédimentation des particules). Au cours du processus de dispersion, trois phénomènes ont lieu simultanément :

Le mouillage de la surface des particules solides par les liquides La désagrégation mécanique des agglomérats (ou agrégats) de particules, de manière à obtenir des

particules primaires Stabilisation des particules, afin d’empêcher leur réagglomération (rôle du dispersant)

L’effet « douhgnut » Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque les paramètres suivants sont respectés :

Diamètre du disque adapté au diamètre du pot Profondeur d’immersion du disque adaptée Vitesse de rotation du disque adaptée Comportement rhéologique des matières à broyer adapté

Lorsque ces conditions sont respectées, le disperseur imprime aux matières à broyer une circulation fluide, sans aucune turbulence à l’intérieur du pot. Il se forme alors un cratère au fond duquel on distingue le centre du disque. A propos de ce phénomène on parle aussi de l’effet « doughnut ».

Effet « doughnut »

Attention : la composition du mélange est fondamentale pour garantir une dispersion optimale :

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Si la teneur en matières solides n’est pas suffisante, la viscosité est trop faible, provoquant ainsi des éclaboussures et de la mousse au cours de la dispersion. De plus, en raison de la faible puissance mécanique fournie, le pouvoir de désagglomération du disque est fortement diminué. Si, par contre, la teneur en solides est trop importante, la viscosité sera trop élevée pour assurer l’effet « doughnut ».

Vitesse et temps de dispersion En pratique, le procédé suivant permet d’obtenir de bons résultats : Tout d’abord on remplit le pot des composants liquides. Ensuite on leur ajoute portion par portion, le disque tournant à basse vitesse, autant de composants solides jusqu’à ce que se forme l’effet doughnut à haute vitesse du disque. On procède alors à la dispersion. A ce stade, il ne faut pas craindre les vitesses de rotation élevées!

Une dispersion optimale sera obtenue pour une vitesse périphérique de 18 à 25 m/s.

La vitesse périphérique v est liée à la vitesse de rotation n par la relation suivante :

v = vitesse périphérique en m/s

π = 3.141... d = diamètre du disque denté en m n = nombre de tours par minute en t/min

On peut en déduire les courbes suivantes :

Disperseur de laboratoire

Disperseur d’atelier pilote et de production

L’état de dispersion final est normalement atteint au bout déjà de 10 à 15 minutes. L‘utilsation du disperseur sur une durée plus longue n’améliorera pas le résultat. Si la taille des particules des produits doit être réduite davantage, on utilisera un broyeur à billes.

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Document 5 : Une fiche de fabrication Description : Peinture acrylique blanche, essai n°1 Matériel :

Hélice dentée 40 mm

Pot métallique 500 mL

Fabrication :

Matières premières Quantité (g) Commentaires

Eau 17

Homogénéisation sous lente agitation

(300 tr/min) Coatex BR 3 1,6

Tego Foamex 805 0,77

Kronos 2190 34,8 Introduction en pluie fine

(300 tr/min) Durcal 2 35,2

Dispersion à 10,47 m/s (5000 tr / min) pendant 15 min

Finesse de grains obtenue : 7 Hegman

Mowilith LDM 6119 100,5

Introduction sous lente agitation

(200 tr/min)

Coatex Rheotec 2100 3,8

Eau 40

Hexylène glycol 19

Ammoniac 5 gouttes pH = 8

Aspect du produit :

Viscosité en pot élevée (produit gélifié) après 24h

Petites bulles apparaissant en surface

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Document 6 : Une fiche technique

20

21

Document 7 : Etude rhéologique des peintures commerciales

Peinture

Acrylique mate Glycéro brillante Lasure satin

Viscosité à bas gradient de vitesse Mesure effectuée :

Viscosité à moyen gradient de vitesse Mesure effectuée :

Viscosité à haut gradient de vitesse Mesure effectuée :

Visco BG / Visco HG

Comportement rhéologique

Seuil d’écoulement Avant cisaillement Après cisaillement

Brossabilité

Coulures

Tendu

Garnissant

Chargement de l’outil

Onctuosité

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Document 8 : Etude de la fiche technique d’un épaississant

Nom commercial Nature chimique (indiquer la formule générale)

Famille

Dosologie

Mode d’action (schéma explicatif) Propriétés apportées au produit (rayer les mentions inutiles)

Tenue en pot Onctuosité

Résistance à la coulure Bon tendu

Application agréable Garnissant

Diminution des projections (rouleau) Chargement de l’outil

Autres (préciser) :

Mode d’incorporation (pH, …)

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Document 9 : Etude expérimentale de l’épaississant

Propriétés Peinture 1 (0 % d’épaississant) Peinture 2 ( % d’épaississant) Peinture 3 ( % d’épaississant)

Viscosité à bas gradient de vitesse (env. 0 s-1)

Viscosité à moyen gradient de vitesse (env. 50 s-1)

Viscosité à haut gradient de vitesse (env. 500 s-1)

Rapport Visco BG / Visco HG

Seuil d’écoulement avant cisaillement

Seuil d’écoulement après cisaillement

Garnissant

Chargement de l’outil

Tendu

Coulures

Brossabilité

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Document 10 : Fiche technique du Tego Dispers 750W

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Document 11 : Peinture industrielle bi-composant – Etude des fiches techniques des résines

Bayhydrol A145 Bayhydur 304

Nature chimique

Densité de la résine sèche

Extrait sec massique

Poids équivalent en NCO (sur la résine sèche) NR

Poids équivalent en H actif (sur la résine sèche) NR

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Références Brock, T. (2002). Manuel de technologie des peintures et vernis. Eurocol Editions.

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