1. Le modèle de développement diversifié des revêtements
Aujourd'hui, les revêtements se répartissent principalement en trois catégories en fonction de leurs différences de forme : les revêtements à base de solvants organiques, les revêtements à base d'eau et les revêtements en poudre.
(1) Revêtements à base de solvants organiques : les soucis cachés derrière la brillance
Les revêtements à base de solvants organiques sont préparés en utilisant des solvants organiques comme diluants. Après de longues années de développement, ils sont devenus un nouveau type de matériau de construction qui combine des propriétés décoratives élevées, une protection durable, une grande polyvalence et une grande diversité. Les revêtements à base de solvants organiques jouent un rôle indispensable dans l'essor industriel moderne, la construction d'une défense nationale moderne et les domaines de pointe tels que les technologies de l'information, la biochimie et les nouveaux matériaux. Par exemple, dans l'industrie aérospatiale, le revêtement de la carrosserie des avions doit avoir une excellente résistance aux intempéries et une bonne protection. Les revêtements à base de solvants organiques peuvent résister efficacement à l'érosion des matériaux de la carrosserie de l'avion en raison de l'environnement extrême à haute altitude. Dans le cadre du développement des ressources marines, les revêtements de protection des plates-formes de forage offshore et des coques de navires ne peuvent se passer de l'aide des revêtements à base de solvants organiques en raison de leur bonne adhérence et de leur résistance à la corrosion.
Cependant, ce type de peinture présente de sérieux inconvénients lors de la phase de formation du film. Lorsque le revêtement est appliqué, le solvant s'évapore dans l'atmosphère au cours du processus de volatilisation. La plupart des solvants organiques contiennent des ingrédients toxiques et constituent une menace directe pour la santé humaine. Selon les données de surveillance environnementale pertinentes, dans certaines zones d'agglomérations industrielles traditionnelles, l'impact des solvants volatils lors de l'utilisation de peintures à base de solvants organiques sur la qualité de l'air environnant peut atteindre une distance de plusieurs kilomètres, ce qui entraîne une augmentation significative de la teneur en composés organiques volatils (COV) dans l'air. De plus, après l'évaporation complète des solvants, il y a non seulement un gaspillage injustifié de ressources, mais aussi une perte importante d'énergie. Ceci est sans aucun doute devenu un énorme goulot d'étranglement dans le développement à une époque où la protection de l'environnement et le développement durable sont prônés.
(2) Revêtements en poudre : avantages et limites coexistent
Les revêtements en poudre sont fabriqués à partir de résines solides, mélangées à des pigments, des charges et des additifs pour former une poudre solide. La particularité des revêtements en poudre est qu'ils utilisent l'air comme diluant et se présentent sous la forme de minuscules poudres, ce qui les rend faciles à disperser dans l'air. Les revêtements en poudre font preuve d'une grande flexibilité en termes de méthodes d'application et peuvent être appliqués à l'aide de divers procédés tels que la pulvérisation électrostatique, le laminage et le douchage. Par exemple, dans l'industrie de fabrication de meubles en métal, le revêtement en poudre électrostatique peut faire adhérer uniformément la poudre à la surface du métal, formant ainsi un revêtement lisse et adhérent. En outre, 100% de la poudre pulvérisée peut être récupérée, ce qui améliore considérablement l'utilisation des matériaux et réduit les coûts de production. Du point de vue des propriétés du film de revêtement, les revêtements en poudre présentent de nombreux avantages, tels qu'une bonne adhérence, une excellente résistance aux intempéries, une dureté et une résistance à l'usure, ainsi qu'une excellente résistance à la corrosion. Ils peuvent également ne produire aucune émission de COV tout au long du cycle de production et d'utilisation et constituent un modèle de revêtement respectueux de l'environnement.
Cependant, les défauts des revêtements en poudre ne doivent pas être ignorés. Pendant la production et le revêtement, une grande quantité de poussière est générée. Malgré le développement continu des technologies de dépoussiérage existantes, il est encore difficile de parvenir à une purification complète. Certaines poussières ultrafines s'échappent dans l'atmosphère, ce qui nuit à la qualité de l'air. Prenons l'exemple d'un grand fabricant de revêtements en poudre. Bien qu'il soit équipé d'un matériel de dépoussiérage avancé, une certaine quantité de poussière ultrafine est encore émise chaque année, ce qui aggrave dans une certaine mesure la pollution par les particules dans la zone environnante. En outre, le processus de durcissement des revêtements en poudre nécessite des températures élevées, ce qui entraîne une plus grande consommation d'énergie. Parallèlement, l'application de peintures en poudre sur des substrats non métalliques, des pièces métalliques surdimensionnées et des pièces métalliques de forme complexe pose de nombreux problèmes techniques. Par exemple, dans le revêtement de surface de certaines grandes sculptures d'art, en raison de leurs formes complexes et de la plupart des matériaux non métalliques, les revêtements en poudre ont du mal à adhérer uniformément et à former un effet de revêtement idéal.
(3) Revêtements à base d'eau : un potentiel accompagné de défis
Les revêtements à base d'eau utilisent l'eau comme agent dispersant ou solvant. En fonction du liant utilisé, ils peuvent être subdivisés en vernis à l'eau à base de résine synthétique et en vernis à l'eau naturels à base de minéraux et de substances naturelles. Leur principal avantage est leur faible coût. Par rapport aux revêtements à base de solvants organiques, ils sont beaucoup plus sûrs, ne présentent pas de risque d'inflammabilité ou d'explosion et peuvent être appliqués directement dans des environnements humides. Qu'ils soient appliqués par pulvérisation, par brossage ou par électrophorèse, ils peuvent être facilement contrôlés et conviennent à des objets de matériaux et de formes variés. Ils sont relativement moins limités par la méthode de revêtement et les conditions de durcissement. Par exemple, dans le domaine de la décoration intérieure, les peintures à base d'eau sont largement utilisées pour peindre les murs. Leur bonne perméabilité à l'air rend difficile la formation de cloques ou de moisissures sur les murs, et les exigences peu strictes concernant la teneur en humidité de la couche de base réduisent également la difficulté de la construction.
Cependant, l'utilisation de l'eau comme matière première pour les peintures à l'eau pose également certains problèmes. L'eau s'évapore lentement, ce qui signifie que les peintures à l'eau nécessitent des températures de séchage plus élevées ou des temps de séchage plus longs, ce qui augmente la consommation d'énergie. Selon des données expérimentales, pour une même surface de revêtement, le temps de séchage de la peinture à l'eau peut être plus long de 30% à 50% que celui de la peinture à base de solvant organique. En outre, la peinture à l'eau est sensible à l'humidité de la cabine de pulvérisation. Lorsque l'humidité relative dépasse 85%, la vitesse de séchage de la surface ralentit considérablement. Lorsque l'humidité est saturée (I>90%), le film de peinture peut même couler, ce qui affecte sérieusement l'effet du revêtement. Par conséquent, l'utilisation de peintures à base d'eau nécessite un bon système de circulation de l'air et un contrôle strict des conditions de température et d'humidité dans la cabine de pulvérisation. En outre, dans des situations très décoratives, telles que la peinture extérieure de voitures haut de gamme ou le revêtement des coques de produits électroniques haut de gamme, il est actuellement difficile pour les peintures à base d'eau d'obtenir les effets décoratifs fins présentés par les peintures à base de solvants organiques.
2. Le mystère de la formation des films de peinture : la synergie de la physique et de la chimie
Le processus de formation d'un film ou de durcissement d'une peinture est essentiellement le processus par lequel la peinture passe d'un état liquide à un film solide après avoir été appliquée sur une surface solide, au fur et à mesure que le solvant s'évapore et que la réaction de réticulation et de durcissement progresse.
Les trois principaux types de peinture - à base de solvant, à base d'eau et en poudre - ont tous la capacité de former un film physique. Toutefois, la méthode de formation physique du film de la peinture en poudre est sensiblement différente des deux autres. Les peintures en poudre adhèrent à la surface du substrat principalement par attraction électrostatique ou énergie thermique. Elles sont ensuite chauffées à une température supérieure à la température de fusion, à laquelle l'adhésif polymère fondu s'écoule sous l'action de la tension superficielle et se nivelle. Après refroidissement, un film de peinture solide se forme. Par exemple, dans le processus de revêtement en poudre des portes et fenêtres métalliques, la poudre est d'abord uniformément adsorbée sur la surface des portes et fenêtres à l'aide d'un pistolet de pulvérisation électrostatique, puis envoyée dans un four de durcissement à haute température. Après une série d'étapes telles que le chauffage et la fusion, le nivellement et le refroidissement, un revêtement lisse et brillant doté de bonnes propriétés protectrices est finalement formé.
La formation du film physique des peintures à base d'eau et des peintures contenant des solvants organiques, en revanche, dépend principalement de l'évaporation du solvant. Au cours de ce processus, les particules de l'émulsion se rassemblent, se déforment et s'alignent progressivement de manière dense. À mesure que la température de séchage augmente, les particules se diffusent et fusionnent les unes avec les autres, pour finalement former un film solide continu. Prenons l'exemple d'une peinture émulsion à base d'eau. Après avoir peint le mur, l'eau commence à s'évaporer lentement et les particules de l'émulsion s'assemblent progressivement. Lorsqu'un certain degré de séchage est atteint, les particules fusionnent pour former un film de revêtement dense.
Il convient de mentionner que les peintures à base d'eau et les peintures à base de solvants organiques peuvent également former chimiquement un film par le biais d'une réaction chimique entre des groupes réactifs, formant un film avec une structure de réseau réticulé. Cette méthode de formation chimique du film peut améliorer de manière significative les indicateurs de performance du film de revêtement, tels que la dureté, la résistance à l'usure et la résistance chimique. Par exemple, dans certains revêtements industriels de haute performance, une structure de réseau hautement réticulée est formée par une réaction chimique spéciale de réticulation, qui maintient de bonnes propriétés de protection dans des environnements industriels difficiles.
3. L'orientation future de l'industrie des revêtements : changements et percées axés sur l'innovation
En résumé, une analyse approfondie de l'état de développement et du mécanisme de formation des films des principaux revêtements peut clairement révéler le paysage actuel et les défis de l'industrie des revêtements. Bien que les revêtements à base d'eau et les revêtements en poudre présentent des avantages évidents en termes de protection de l'environnement, il leur est difficile, en raison de leurs limites respectives, de remplacer complètement la position dominante des revêtements à base de solvants organiques à court terme.
Bien que les revêtements à base de solvants organiques aient d'excellentes performances, la pollution qu'ils causent à l'environnement doit être traitée de toute urgence. À l'avenir, les chercheurs devraient se concentrer sur l'amélioration du processus de préparation et des méthodes de formation des films, sur l'utilisation de solvants organiques peu ou pas toxiques et sur l'optimisation de la récupération des solvants et de la technologie de recyclage au cours du processus de formation des films, afin de minimiser les émissions de polluants et de parvenir à un développement vert et durable. Par exemple, certains instituts de recherche scientifique tentent de développer de nouvelles formulations de solvants organiques, par le biais de la conception de la structure moléculaire, afin de réduire la volatilité et la toxicité des solvants tout en améliorant leur utilisation au cours du processus de formation des films.
Les revêtements à base d'eau sont un représentant important des revêtements respectueux de l'environnement, mais leur incapacité à répondre à des exigences décoratives élevées limite l'extension de leur application. Par conséquent, les recherches futures devraient se concentrer sur la modification des revêtements à base d'eau, en introduisant de nouveaux additifs fonctionnels et en optimisant la structure de la résine, afin d'améliorer leurs propriétés décoratives et de leur permettre d'exceller dans des applications hautement décoratives. Par exemple, l'ajout de pigments et de charges à l'échelle nanométrique permet d'améliorer l'éclat des couleurs et la brillance des revêtements à base d'eau, tout en renforçant la dureté et la résistance à l'usure du film de revêtement.
En ce qui concerne les revêtements en poudre, la tâche principale consiste à surmonter les difficultés techniques du traitement des poussières, à mettre au point des équipements et des processus de dépoussiérage plus efficaces et à veiller à ce que les émissions de poussières pendant les processus de production et de peinture atteignent des niveaux inférieurs. Parallèlement, le processus de préparation des revêtements en poudre est optimisé afin de réduire la température de durcissement, de diminuer la consommation d'énergie et d'élargir le champ d'application sur les substrats non métalliques, les pièces métalliques surdimensionnées et les pièces métalliques de forme complexe. Par exemple, l'utilisation de nouveaux agents de durcissement à basse température permet de réduire la température de durcissement des peintures en poudre et la consommation d'énergie. Des procédés de prétraitement spéciaux ont également été mis au point pour améliorer l'adhérence des revêtements en poudre sur les substrats non métalliques.
En bref, l'industrie des revêtements se trouve à un carrefour de développement innovant. Ce n'est qu'en surmontant continuellement les goulets d'étranglement techniques et en résolvant les problèmes existants que nous pourrons parvenir à un développement durable à une époque où les exigences en matière de protection de l'environnement sont de plus en plus strictes et les demandes du marché de plus en plus diversifiées, et fournir de meilleurs produits de revêtement, plus respectueux de l'environnement et plus performants, dans de nombreux domaines tels que la construction, l'industrie et les transports.
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