Séchage physique

8.1.1 Séchage physique

C’est principalement le cas des liants thermoplastiques. On a alors formation de

liaisons physiques (Van der Waals, liaisons hydrogène) entre les macromolécules. On distinguera 3 modes de séchage physique :

• simple évaporation du solvant : cas des liants thermoplastiques en solution (en

phase organique dans la majorité des cas) ;

• coalescence : cas des liants thermoplastiques en dispersion (en phase aqueuse dans

la majorité des cas) ;

• fusion : cas des produits solides (peintures en poudre, adhésifs « hot-melt »).

 

8.1.2 Séchage chimique

C’est principalement le cas des liants thermodurcissables, dont les macromolécules sont

capables de former entre elles des liaisons covalentes, ce qui provoque leur durcissement. On distinguera quatre modes de séchage chimique :

• siccativation : séchage provoqué par le dioxygène de l’air ; • mélange de deux composants (base + durcisseur) ; • cuisson ou catalyse ;

• action des rayonnements (ultraviolets dans la majorité des cas).

 

8.2 Séchage physique

8.2.1 Simple évaporation du solvant

Dans ce cas, le liant est solubilisé. Le système est donc homogène dès le départ

(solution) : on obtient donc, par simple évaporation du solvant, un film homogène.

 

Figure 8.2 – Formation d’un film par évaporation du solvant

Le séchage par évaporation du solvant est un séchage très rapide qui permet facile-ment d’obtenir des hauts brillants. L’inconvénient est lié à l’impact des solvants sur l’environnement et sur la santé de l’utilisateur.

Exemple 8.2.1 Quelques produits séchant par évaporation du solvant :

Produit Liant Solvant

Peinture aérosol Acrylique MEK Vernis à ongles Nitrocellulose Ester Laque brillante pour ameublement Nitrocellulose Alcool ou ester Colles humectables (timbres) Gomme arabique Eau 8.2 Séchage physique 109

Liants nitrocellulosiques

La nitrocellulose est un polymère obtenu par nitration de la cellulose. Dans le cas des liants nitrocellulosiques, la substitution n’est que partielle. Suivant le taux de nitration, on distingue deux types de nitrocellulose :

• Cellulose de type A (la moins nitrée) : soluble dans les alcools (on utilise en général

l’éthanol).

• Cellulose de type E (la plus nitrée) : soluble dans les esters (on utilise l’acétate

d’éthyle ou l’acétate de butyle).

 

Figure 8.3 – Nitration de la cellulose. Pour obtenir les liants nitrocellulosiques, la substitution n’est que partielle

Le tableau 8.1 indique les propriétés générales et des utilisations des liants nitrocellulo-siques.

 

Avantages Inconvénients Utilisations

Haut brillant Inflammable Vernis à ongles Séchage rapide Film rigide, Encres d’imprimerie Grande dureté parfois cassant Laques

Finition du cuir

Table 8.1 – Propriétés et utilisations des liants nitrocellulosiques

 

Liants acryliques en phase solvant

Les liants acryliques présentent une très grande variété de propriétés, et une com-patibilité avec de nombreux supports, ce qui en fait l’une des familles de liants les plus utilisées dans l’industrie des peintures. La famille des acryliques correspond aux polyacrylates et polyméthacrylates :

CH3

CH CH COOR CH C 2 2 COOR

Acrylates Méthacrylates

 

CH3

CH CH CH C 2 2 n n

COOR COOR

Polyacrylates Polyméthacrylates 110 Chapitre 8. Formation des films

Concernant les liants acryliques, les principales propriétés auxquelles s’intéresse le formulateur sont déterminées par la température de transition vitreuse (Tg). Le tableau

8.2 indique quelques propriétés des liants acryliques selon la valeur de la Tg.

Basse T g Haute Tg

Avantages Flexibilité Peu salissant

Adhérence Résistance au blocking Faible besoin en

agents de coalescence

Inconvénients Salissant Grand besoin en

Problème de blocking agents de coalescence

Faible adhérence

Rigidité

Utilisations Adhésifs Peinture bâtiment

Sous-couche

d’adhérence (primaire)

Table 8.2 – Propriétés des liants acryliques selon la valeur de la Tg

 

R Le phénomène de blocking se caractérise par un collant superficiel d’un film de

peinture. Cela peut conduire au collage de deux surfaces en contact, ce qui peut arriver avec des portes ou des fenêtres.

 

8.2.2 Coalescence

Description

Dans ce cas, le liant est dispersé (en phase aqueuse dans la majorité des cas). Le

milieu est donc hétérogène. La formation d’un film homogène ne sera possible que si les particules dispersées sont suffisamment molles pour coalescer. Cela ne peut se produire qu’à une certaine température appelée température minimale de formation du film (TMF), liée à la Tg (température de transition vitreuse) du polymère. En deçà de cette température, le film ne se forme pas : on obtient une couche fissurée, voire poudreuse.

 

Figure 8.4 – Formation d’un film par coalescence : passage d’un état hétérogène à un état homogène 8.2 Séchage physique 111

Dans le cas où la TMF est supérieure à la température ambiante, il est nécessaire

de recourir à des additifs spécifiques pour obtenir un film homogène : les agents de

coalescence.

 

Définition 8.2.1 — Agent de coalescence. Solvant volatil du liant permettant un

abaissement provisoire de la TMF.

Il est également possible, dans le cas de liants très rigides voire cassants ( T g élevée), d’employer des plastifiants.

Définition 8.2.2 — Plastifiant. Solvant non volatil du liant permettant un abaissement

durable de la TMF.

 

Figure 8.5 – Les agents de coalescence, volatils, s’échappent du film lors du séchage, alors que les plastifiants, non volatils, demeurent dans le film, modifiant sa Tg

 

Exemple 8.2.4 — Cas des core-shell. L’utilisation d’agents de coalescence, qui sont des

composés organiques volatils (COV), est problématique pour le respect de l’environne-

ment et de la santé de l’utilisateur. On pourrait s’en affranchir en utilisant des liants de

basse Tg, mais ces liants ont l’inconvénient d’être collants en surface, donc salissants.

Les « core-shell »sont une solution intéressante pour combiner des films durs et des

faibles besoins en agents de coalescence. Cette technologie, rendue possible par la

polymérisation en émulsion, est caractérisée par des particules dispersées composites,

formées d’un « cœur » (core) de haute T , et d’une « coquille » (shell) de basse g T . g

112 Chapitre 8. Formation des films

 

Figure 8.6 – Structure d’une particule constituant une dispersion « core-shell »

Les dispersions acryliques : le bon compromis

Les liants acryliques présentent l’avantage d’être très versatiles : il est facile de

modifier leur structure de manière à obtenir une T g adaptée (voir section 8.2). Ils sont également résistants aux UV, et possèdent de bonnes propriétés mécaniques.

 

R Pour diminuer le prix des liants acryliques, on réalise souvent une copolyméri-

sation avec le styrène. Ces copolymères styrène-acrylique présentent cependant l’inconvénient d’être moins résistants et plus jaunissants.

 

Les domaines d’emploi des dispersions acryliques sont assez variés :

• peintures décoratives (grand public, bâtiment) ; • peintures de façade ;

• vernis et lasures pour boiseries.

Les dispersions vinyliques : plus économiques

La famille des liants vinyliques regroupe tous les polymères de formule générale

CH2 CH n

X

à l’exception des acrylates, qui appartiennent à la famille des acryliques. Parmi les plus utilisés, on retiendra polyacétate de vinyle (PVA ou PVAc) de formule :

CH2 CH n

O C CH3

O

Le PVAc est un liant cassant, et sensible aux supports basiques comme les bétons (risque de saponification). Pour l’assouplir, on réalise en général une plastification interne, c’est-à-dire une copolymérisation avec un monomère qui permet de diminuer la T (voir g chapitre 12).