À l'ère de la protection de l'environnement et de la transformation de l'industrie des revêtements, le développement de revêtements écologiques est devenu un choix incontournable pour les entreprises. Cependant, les revêtements écologiques ne se limitent pas aux revêtements à base d'eau. Si les entreprises se précipitent pour développer des revêtements à base d'eau, l'homogénéité des produits surviendra inévitablement. En plus des revêtements à base d'eau, les revêtements à haute solidité, sans solvant et en poudre sont également des options respectueuses de l'environnement et devraient devenir des axes clés de développement pour l'industrie des revêtements. Selon un rapport de recherche, la région Asie-Pacifique devrait connaître la croissance la plus forte tant en valeur qu'en volume du marché des revêtements en poudre entre 2017 et 2022. La technologie de revêtement en poudre évolue rapidement pour répondre à la demande du marché. Poussée par les forces du marché, la recherche sur l'application de différents matériaux en poudre dans les revêtements devient de plus en plus importante.
I. Aperçu des revêtements en poudre
Introduction aux revêtements en poudre
Les revêtements en poudre sont apparus dans les années 1950 en tant qu'alternative respectueuse de l'environnement avec un contenu solide de 100% et sans composés organiques volatils (COV). Les revêtements en poudre offrent plusieurs avantages : économies d'énergie, réduction de la pollution, traitement simple, facilité d'automatisation industrielle et excellente performance de revêtement.
Les revêtements en poudre sont fabriqués à partir d'une combinaison de polymèrespigments, charges, et additifs. Étant donné qu'ils ne libèrent pas de solvants volatils, ils sont écologiques et offrent une protection écologique supérieure. Les revêtements en poudre peuvent former des couches plus épaisses en une seule application, augmentant ainsi l'efficacité de la production. Ils offrent également d'excellentes propriétés mécaniques, une résistance à la corrosion chimique et des finitions de haute qualité. L'utilisation de revêtements en poudre permet d'économiser à la fois de l'énergie et des ressources, avec un taux d'utilisation pouvant atteindre 99%. Ces revêtements sont sûrs à utiliser et économiquement efficaces. En tant que solution sans solvant, les revêtements en poudre s'alignent sur les principes mondialement populaires des « quatre E » : économie, protection de l'environnement, efficacité et performance exceptionnelle.
2. Aperçu du marché des revêtements en poudre
À mesure que la demande pour les appareils électriques et les véhicules légers augmente, la demande pour les revêtements en poudre connaît également une hausse. La demande croissante des industries de fin de ligne des pays développés et émergents a contribué à la croissance du marché des revêtements en poudre. Selon la société de recherche de marché Markets and Markets, le marché mondial des revêtements en poudre devrait atteindre 1 134,9 milliards d'euros d'ici 2022, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 6,75 % entre 2017 et 2022.
En raison de plusieurs facteurs, notamment l'urbanisation rapide et la croissance des secteurs du logement, de la construction et de l'automobile, la demande de revêtements en poudre en France a augmenté plus rapidement que dans tout autre pays. En 2016, la production de l'industrie des revêtements en poudre en France a atteint 2,07 millions de tonnes, en faisant le plus grand marché mondial pour les revêtements en poudre.
Figure 1 : Évolutions de la production de l'industrie de la peinture en poudre en France de 2009 à 2016 (unité : 10 000 tonnes)
En termes de production, les revêtements en poudre représentent actuellement environ 11% de la production totale de revêtements en France. Selon le « Plan quinquennal », la production totale de l'industrie des revêtements devrait augmenter pour atteindre environ 22 millions de tonnes d'ici 2020. Parmi celles-ci, les revêtements économiques et respectueux de l'environnement devraient représenter 57% de la production totale. D'ici 2020, la part des revêtements en poudre devrait augmenter pour atteindre environ 18%, avec une production d'environ 4 millions de tonnes. Le développement rapide des revêtements en poudre ne manquera pas de stimuler la croissance de la demande pour les charges en poudre.
II. Analyse de l'application de différents matériaux en poudre dans les revêtements en poudre
Les charges dans les revêtements contribuent non seulement à réduire les coûts, mais aussi à améliorer de manière significative la performance des produits de revêtement. Par exemple, les charges peuvent améliorer la résistance à l'usure, la résistance aux rayures, la résistance à la corrosion et la résistance à l'humidité du revêtement. Elles aident également à réduire l'affaissement du revêtement lors du processus de nivellement par fusion.
Lors du choix des charges pour les revêtements en poudre, des facteurs tels que la densité, la performance de dispersion, la distribution de la taille des particules et la pureté doivent être pris en compte. En général, plus la densité d'une charge est élevée, plus la couverture qu'elle offrira dans le revêtement en poudre sera faible. Les particules plus grosses ont tendance à mieux se disperser que les plus petites. La charge doit être chimiquement inerte pour éviter toute réaction avec d'autres composants de la formule en poudre, tels que les pigments, et sa couleur doit être aussi blanche que possible. Les matériaux en poudre couramment utilisés dans les revêtements en poudre incluent le carbonate de calcium, le sulfate de baryum, le talc, la poudre de mica, la kaolin, la silice et la wollastonite.
Application de carbonate de calcium en revêtements en poudre
Le carbonate de calcium est disponible sous deux formes : carbonate de calcium léger (carbonate de calcium précipité) et carbonate de calcium lourd. Quelle que soit la forme, la taille des particules de carbonate de calcium influence considérablement la brillance du revêtement. Cependant, le carbonate de calcium n'est généralement pas recommandé pour une utilisation en extérieur en raison de sa résistance moindre aux intempéries.
Dans les revêtements en poudre, le carbonate de calcium lourd remplit plusieurs fonctions. Il peut partiellement remplacer le dioxyde de titane et les pigments de couleur, remplacer le carbonate de calcium léger et le sulfate de baryum précipité, prévenir la corrosion et agir comme substitut partiel pour les pigments anti-rouille.
Lorsqu'il est utilisé dans les peintures architecturales intérieures, le carbonate de calcium lourd peut être appliqué seul ou combiné avec de la poudre de talc. Par rapport au talc, le carbonate de calcium aide à réduire le taux de farinage, améliore la rétention de la couleur dans les peintures de couleur claire et augmente la résistance à la moisissure. Cependant, sa faible résistance à l'acide limite son utilisation dans les revêtements extérieurs.
D'autre part, la carbonate de calcium légère a une taille de particule plus petite, une distribution de taille de particule plus étroite, ainsi qu'une absorption d'huile et une brillance plus élevées. Elle est particulièrement utile dans les applications où un effet de matification maximal est requis.
Application du sulfate de baryum dans les revêtements en poudre
Le sulfate de baryum utilisé dans les revêtements peut être classé en deux types : naturel et synthétique. La forme naturelle est connue sous le nom de poudre de baryte, et la forme synthétique s'appelle sulfate de baryum précipité.
Dans les revêtements en poudre, le sulfate de baryum précipité améliore le lissage et la rétention de la brillance du revêtement, tout en ayant une bonne compatibilité avec les colorants. Il contribue à obtenir une épaisseur de revêtement idéale lors du processus de pulvérisation, garantissant un taux élevé de revêtement en poudre.
La poudre de barytine est principalement utilisée dans les primaires industriels et les couches intermédiaires automobiles nécessitant une forte résistance de la couche, une capacité de remplissage et une inertie chimique. Elle est également utilisée dans les couches de finition où une brillance plus élevée est requise. En raison de son indice de réfraction élevé (1,637), la poudre de barytine fine peut servir de pigment blanc translucide, ce qui en fait un excellent substitut à une partie du dioxyde de titane dans les revêtements.
3. Application de la poudre de mica dans les revêtements en poudre
La poudre de mica est composée de silicates complexes et possède des particules en forme de flocons. Elle est très appréciée pour sa résistance exceptionnelle à la chaleur, sa résistance aux acides et aux alcalis, ainsi que son influence sur la fluidité de fusion des revêtements en poudre. La poudre de mica est couramment utilisée dans les revêtements en poudre résistants à la chaleur et isolants, et peut également servir de charge dans les revêtements en poudre à texture.
Parmi les différents types de mica, la séricite possède une structure chimique similaire à celle de la kaolin, et elle combine les caractéristiques des minéraux de mica et des minéraux argileux. Son application dans les revêtements peut considérablement améliorer la résistance aux intempéries et la perméabilité à l'eau, renforcer l'adhérence et la résistance, ainsi qu'améliorer l'aspect général du revêtement. De plus, les particules de colorant peuvent facilement pénétrer dans les couches intercalaires du lattice de la poudre de séricite, aidant à maintenir la couleur vive dans le temps. La poudre de séricite présente également des propriétés anti-algues et anti-moisissures, ce qui en fait un chargeur multifonctionnel avec un excellent rapport coût-performance pour les revêtements.
4. Application de la poudre de talc dans les revêtements en poudre
Poudre de talc, également connue sous le nom de silicate de magnésium hydraté, est directement broyée à partir de minerai de talc. Ses particules sont des cristaux en forme d'aiguille avec une sensation grasse, une texture douce et une faible abrasivité. Le talc possède une bonne suspension et dispersibilité, ainsi qu'une certaine thixotropie, ce qui influence de manière significative la fluidité du melt des revêtements en poudre. Il est souvent utilisé dans les poudres de texture.
Le talc est un matériau économique ; cependant, il présente plusieurs inconvénients qui limitent son utilisation. Par exemple, il a un taux d'absorption d'huile élevé, et dans les applications nécessitant une faible absorption d'huile, il doit être combiné avec des charges comme la poudre de barytine, qui ont une faible absorption d'huile. De plus, sa résistance à l'usure est relativement faible, donc d'autres charges doivent être ajoutées lorsque une haute résistance à l'usure est requise. Le talc contenant d'autres minéraux non métalliques n'est pas adapté aux revêtements extérieurs nécessitant une grande résistance aux intempéries, car les minéraux impur sont susceptibles de réagir avec les acides (comme la pluie acide). Le talc possède également des propriétés matifiantes, ce qui signifie qu'il est généralement évité dans les revêtements à haute brillance.
5. Application de la silice dans les revêtements en poudre
Quartz en poudre poreux, un type de silice, est reconnu pour sa sécurité et est largement utilisé dans les revêtements en poudre, y compris les revêtements ignifuges, les revêtements imperméables et les revêtements anticorrosion. Le coût faible du quartz en poudre poreux permet de réduire le coût global des revêtements en poudre. Il remplace également le sulfate de baryum, réduisant la teneur en baryum soluble et contribuant au respect des normes de protection de l’environnement.
De plus, la silice fumée est couramment utilisée dans les revêtements en poudre comme agent de déliement et anti-agglomérant. La silice fumée est un pigment corporel multifonctionnel et un agent efficace de contrôle de la rhéologie dans les revêtements. Dans les revêtements liquides, elle remplit des fonctions telles que l'épaississement, la thixotropie, l'anti-frottement et la couverture des arêtes. Dans les revêtements en poudre, elle améliore la fluidité des poudres, empêchant l'agglomération et facilitant la fluidisation.
6. Application du kaolin dans les revêtements en poudre
La kaolin est utilisée dans les revêtements en poudre pour améliorer la thixotropie et l'anti-précipitation. La kaolin calcinée, qui n'a aucun effet sur les propriétés rhéologiques, peut également conférer un effet mat, augmenter l'opacité et améliorer la blancheur, similaire à la poudre de talc.
La kaolin a généralement une forte absorption d'eau, ce qui la rend inadaptée pour améliorer la thixotropie des revêtements ou pour préparer des revêtements hydrophobes. La taille des particules de kaolin varie de 0,2 à 1 μm. La kaolin avec des particules plus grosses a une absorption d'eau plus faible et offre un meilleur effet de matification, tandis que la kaolin avec des particules plus petites (inférieures à 1 μm) convient pour des revêtements semi-brillants et des revêtements intérieurs.
La kaolin peut être divisée en kaolin calciné et kaolin lavé. En général, le kaolin calciné présente une absorption d'huile, une opacité, une porosité, une dureté et une brillance plus élevées par rapport au kaolin lavé.
7. Application des microsphères en verre creux dans les revêtements en poudre
Les microsphères en verre creux sont de minuscules poudres sphériques creuses qui offrent plusieurs avantages, notamment leur légèreté, leur grand volume, leur faible conductivité thermique, leur haute résistance à la compression, leur isolation, leur résistance à la corrosion, leur non-toxicité, leur bonne dispersibilité, leur fluidité et leur stabilité.
Dans les revêtements en poudre, les microsphères en verre creux remplissent les fonctions suivantes :
1) Isolation thermique : L'intérieur des microsphères en verre creux est rempli d'un vide ou d'un gaz rare, ce qui crée une différence de densité et de conductivité thermique avec la résine époxy. Cette propriété leur confère une excellente isolation thermique et les rend idéales pour des revêtements en poudre résistants à haute température.
2) Amélioration des propriétés physiques et mécaniques : Ces microsphères peuvent augmenter la dureté et la rigidité des revêtements en poudre. Cependant, la résistance aux chocs peut diminuer, en fonction du traitement de surface des microsphères. Des agents de couplage appropriés peuvent atténuer cette réduction de la résistance aux chocs.
3) Faible absorption d'huile : Le taux d'absorption d'huile des microsphères en verre creux varie entre 7 mg et 50 mg pour 100 g, selon le modèle. Cette faible absorption d'huile augmente la quantité de charge dans le produit, réduisant ainsi efficacement le coût global.
8. Application de la wollastonite dans les revêtements en poudre
Le composant principal de la wollastonite est le silicate de calcium, avec une densité de 2,9 g/cm³, un indice de réfraction de 1,63, et un taux d'absorption d'huile de 30-50. Il possède une structure en forme d'aiguille et une brillance excellente.
Dans les revêtements en poudre, la poudre de wollastonite naturelle est couramment utilisée. Elle est fabriquée à partir de wollastonite naturelle et sert de pigment de corps pouvant remplacer une partie du pigment blanc, améliorant la couverture et réduisant le coût du revêtement. En raison de sa bonne conductivité, la wollastonite est souvent utilisée dans les revêtements en poudre isolants époxy. De plus, sa structure blanche en forme d'aiguille améliore les propriétés de flexion et de traction des revêtements en poudre.
III. Tendance de développement des charges pour revêtements en poudre
1. Traitement de surface des charges en poudre
Tous les charges pour revêtements en poudre sont polaires, tandis que les résines de revêtement en poudre sont également très polaires. Cela peut entraîner une mauvaise compatibilité entre les deux, affectant négativement la transformation et la performance du revêtement. Pour y remédier, il est souvent nécessaire de traiter les charges en poudre par des méthodes physiques (telles que le revêtement de surface et l'adsorption) ou chimiques (telles que la substitution de surface, l'hydrolyse, la polymérisation et la greffe). Ces traitements aident à réduire significativement la taille des particules d'agrégats ou à améliorer la fluidité du système, renforçant la performance de transformation, la qualité de surface (telle que la brillance et la luminosité des couleurs) et la résistance mécanique du revêtement.
2. Micronisation des charges en poudre
Lorsque le ratio de résine de revêtement en poudre à la charge reste constant, plus la taille des particules de la charge est petite, meilleures sont les performances de surface et les propriétés mécaniques du revêtement. Si la taille des particules de la charge est réduite à une gamme similaire à celle du dioxyde de titane (0,2-0,5 μm), les agglomérats dans la formule peuvent être isolés, créant des centres de dispersion plus efficaces et améliorant l'opacité du dioxyde de titane. C'est le principe de séparation spatiale des charges micronisées. De même, les charges micronisées peuvent réduire la quantité de pigment nécessaire, améliorant ainsi l'efficacité.
3. Nanotechnologie des charges en poudre
Les nanomatériaux couramment utilisés incluent la nano-silice, la nano-titane et la nano-carbonate de calcium. Des études indiquent que le nano-titane améliore la transparence, les propriétés mécaniques et l'absorption ultraviolette des revêtements. Il est particulièrement utile dans les vernis automobiles, où il améliore considérablement la résistance aux intempéries des revêtements en poudre. Cependant, comme les nanomatériaux sont des particules extrêmement fines avec une grande activité de surface, ils ont tendance à s'agglomérer et à floculer. Par conséquent, le traitement de surface des nanofilliers, ainsi que les méthodes d'ajout appropriées, l'équipement de dispersion et les quantités optimales, sont essentiels pour leur application réussie dans les revêtements en poudre. Lors de la conception des formules de revêtement en poudre, différents fillers doivent être sélectionnés en fonction des exigences de performance du produit pour obtenir les meilleurs résultats.
4. Fonctionnalisation des charges de revêtement en poudre
La tendance de développement des revêtements en poudre fonctionnalisés consiste à améliorer les propriétés physiques, chimiques et mécaniques des revêtements dans des domaines spécifiques, ou à introduire de nouvelles fonctions. Par exemple, les poudres de kaolin et de wollastonite sont utilisées pour créer des revêtements en poudre isolants électriques, ce qui réduit les coûts tout en améliorant l'isolation électrique. L'hydroxyde d'aluminium et l'hydroxyde de magnésium possèdent des propriétés ignifuges et peuvent être utilisés pour produire des revêtements en poudre retardateurs de flamme. Ces charges peuvent également contrôler la rhéologie, améliorer l'adhérence, réguler la brillance et renforcer la pouvoir couvrant. Par conséquent, la focalisation des charges dans les revêtements en poudre évolue, passant de la simple réduction des coûts à une recherche plus fonctionnelle, avec le développement de nouvelles charges aux performances excellentes à faible coût pour répondre aux demandes évolutives de l'industrie des revêtements en poudre.
Conclusion
La croissance du poudre marché des revêtements reflète un changement plus large vers des solutions de revêtement respectueuses de l'environnement et haute performance. Alors que les industries cherchent à atteindre la durabilité, les revêtements en poudre offrent une alternative convaincante avec des avantages significatifs en termes d'efficacité énergétique, de rentabilité et d'impact écologique. Avec le développement continu de nouvelles charges et technologies de revêtement, l'avenir de cette industrie semble prometteur.
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