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Your Partner in Coatings, Science & Technology
Les derniers développements sur les revêtements optiquement actifs et les revêtements résistants à l’abrasion
Dr Carine Lefèvre – Head Of the CoRI
Qui sommes-nous….
Recherche et
Développement Testes
&
(Contractuelles Analyses
& Collectives)
23 collaborateurs, principalement des
Assistance
scientifiques Formation
technique
CA 2,5 M€ &
&
Publication
60 % issus des programmes de Expertise
recherche (collectifs et contractuels)
Croissance de20 % sur les 2 dernière
années
11/03/2015 2
Qui sommes-nous…
Créé par l’industrie
Le CoRI est une ASBL fondée en 1957 dans le but de stimuler
l’innovation et la recherche dans le domaine des peintures, des vernis,
et des revêtements. Le CoRI est un institut privé financé par des fonds
publics et privés (régionaux, fédéraux et européens).
Pour l’industrie
Le CoRI a une étroite collaboration avec l’IVP (l’association
professionnelle de l’industrie des vernis, peintures, mastics, encres
d’imprimerie et couleurs d’art). L’IVP représente environ 70 sociétés 11/03/2015 3
dans ces secteurs (~ 3,500 employés)
Qui sommes-nous…
Notre mission:
Fournir de l’assistance, du support &
des services en offrant :
Résolution de Contrat de Assistance
Analyses Formation
problème recherche technique
Aux fabricants de peintures, aux fournisseurs de
matières premières, aux équipementiers, aux
applicateurs professionnels et aux utilisateurs
industriels
11/03/2015 4
Les revêtements anticorrosion innovants
POPCORN (Recherche collective / Sept 2013 - Sept 2015)
Partenaire : UMons
Objectif : Incorporer des argiles dans une peinture pour diminuer la perméabilité à l’oxygène
dans le but d’en améliorer la tenue à la corrosion.
Derniers résultats :
Pas d’effet des Sépiolites
Incorporation des argiles dans un primaire styrène acrylique
Effet notable de la diminution de la perméabilité à l’oxygène du film avec la présence de
Zéolite et de la Pural MG63H.
11/03/2015 5
Popcorn : méthode de mesure
POPCORN
La mesure de la perméabilité à l’oxygène
Le CIRMAP possède un outil permettant d’évaluer la perméabilité à l’oxygène de
films libres.
Mesure sur un film libre de
peinture
11/03/2015 6
Popcorn : Quelques résultats
Pas d’effet des Sépiolites sur la perméabilité à l’oxygène
La morphologie des Sépiolites est-elle adaptée?
Sépiolite
Primaire Sépiolite naturelle
Q-Panel (24h) 11/03/2015 7
Popcorn : Quelques résultats
Etude des argiles plaquettaires (Pural – Zéolite)
Zéolite
Résultat Umons
11/03/2015 8
Popcorn : Perspectives
Perspectives :
Nouveaux essais lancés Utilisation de la LDHs (Layered Double Hydroxides) à
morphologie plaquettaire (épaisseur 200nm)
Définition de la concentration optimale en Zéolite et en LDH
Combinaison Zéolite/LDH dans une formulation de peinture et caractérisation
Utilisation de surfactant réduction et stabilisation de la taille des particules après
sonication
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Les revêtements anticorrosion innovants
MUNACOR (CORNET / Juillet 2013 – Juillet 2015)
Partenaires : Matéria Nova, IPA (Fraunhofer)
Objectif : Multifonctionnaliser un revêtement par incorporation de nanoparticules
↑ Propriétés mécaniques,
↑ Tenue à la corrosion
↑ Résistance aux UV
11/03/2015 10Munacor : Méthode de dispersion
La dispersion des sépiolites
La dispersion des particules nanométriques est connue pour
être la difficulté majeure lors de l’intégration dans les peintures
La méthode de dispersion par ultra-son sera utilisée car elle
donne de bons résultats.
Le CoRI possède un disperseur ultrasonique UP200Ht de
chez Hielscher avec plusieurs sonotrodes.
11/03/2015 11Munacor : Quelques résultats
Amélioration de la résistance aux UV avec la Pural
∆E* evolution of the simplified primer with different clays during QUVA exposure
5,00
Simplified primer with CI, without any
4,50
clay
4,00
3,50 Simplified primer without CI, without any
3,00 clay
∆E*
2,50
Simplifed primer without CI, with Cloisite
2,00
116 (2%)
1,50
1,00
Simplified primer without CI, with Pural
0,50 Mg61(2%)
0,00
0 200 400 600 800 1000 1200 Simplified primer without CI, with
Time of exposure (hours) Sepiolite-TiO2 (2%)
11/03/2015 12Munacor : Quelques résultats
Evaluation de la tenue à la corrosion en présence de différentes argiles
Primer Cloisite ~ Halloysite < Zéolite
Top Coat Sépiolite < Pural < Cloisite
11/03/2015 13Les revêtements anticorrosion innovants
Perspectives
Définir la concentration optimale en argiles
Combiner les argiles dans une même formulation
Evaluer les nouveaux nanomatériaux de l’IPA
11/03/2015 14Les revêtements anticorrosion innovants
CARUSO (Recherche collective / Janvier 2015 – Janvier 2017)
Partenaires : CRM, UCL
Contexte :
Grande complexité dans le choix des solutions disponibles et à venir
• De nombreux développements visent à améliorer la résistance à l’usure des revêtements organiques
• Grande complexité pour fonctionnaliser ces nouveaux revêtements
• Coût important pour optimiser les solutions
Objectif : Développement d’un outil de sélection de traitement des matériaux polymériques
Support à la sélection pour PME : solution la plus en adéquation avec leurs besoins et leurs
contraintes industrielles
11/03/2015 15Caruso : Contexte et objectifs
Elaboration des revêtements
CARUSO Comité de pilotage
Dépôt d’une couche
mince sur un
Modification du
revêtement organique Projets antérieurs
• Cahiers des charges revêtement organique • Savoir-faire
• Propriétés spécifiques • Propriétés spécifiques
Revêtement organique
Substrat Substrat
Caractérisation des revêtements
• Physico-chimique (composition, microstructure)
• Mécanique (adhésion, élasticité, dureté, ténacité, contraintes internes)
• Tribo-mécanique (modes d’endommagement)
Mise au point de l’outil de simulation
• Caractérisations menées
• Littérature
11/03/2015 16Caruso : Les systèmes d’étude
CARUSO
Support de référence (système solvant)
Top coat
Primaire
Acier
Support Acier (en cours de définition)
Couche mince Revêtement organique
Top coat
Primaire
Acier Acier
11/03/2015 17Caruso : Les couches minces
Revêtement mince (< 1µm)
CARUSO Revêtement organique
Substrat métallique
Méthodes de dépôt Revêtements minces
Voie sèche
• PVD (magnetron sputtering, Revêtements métalliques purs ou
evaporation) alliages
• Plasma Enhanced CVD Nitrures (TiN, CrN, TiAlN, …)
Carbures (TiC, WC, …)
Voie liquide
DLC
• Sol gel, revêtements organiques minces
(vernis) Oxydes (ZnO, SiO2, TiO2, Al2O3, …)
Bar coating, roll coating, spin coating, …
spray
Panel de revêtements minces améliorant la résistance à l’usure d’une couche
organique 11/03/2015 18Caruso : Les revêtements organiques
CARUSO Formulation d’une peinture aqueuse
Variation du type des charges
Substrat métallique
Formulation de peintures aqueuses
Variation de la résine
Variation probable d’autres composants Revêtement organique
Variation du type de séchage Substrat métallique
Paramètres
Epaisseur
Substrat Substrat Substrat
11/03/2015 19Caruso : Performances
CARUSO Evaluation des performances fonctionnelles, tribologiques et mécaniques des
revêtements
Propriétés intrinsèques: Propriétés physico-chimiques
• Couches minces (CRM): microstructure, épaisseur, contamination
• Revêtements organiques (CoRI): structure, épaisseur, tenue à la corrosion, humidité…
Propriétés mécaniques
• CRM, CoRI, UCL: dureté (micro & nano), nano-indentation, traction à l’échelle nano, traction
sous SEM
Module de Young, dureté, limite d’élasticité, coefficient de frottement, contraintes internes,
adhésion
Comportement tribologique
• Nano-scratch, tribomètre, abrasimètre, chute de sable
Résistance à l’usure, à la griffe et à l’impact
11/03/2015 20Caruso : Outil de sélection
CARUSO
Proposition d’indices de performance pour la mesure de résistance à la rayure
Etablissement des cartes de sélection sur base des modèles
Logiciel EDUPACK
Choix de la solution optimale
Création des cartes de sélection en fonction des contraintes 11/03/2015 21Les revêtements anticorrosion innovants : Tour solaire
Receiver :
Images: National geographic and microtherm group 11/03/2015 22Propriétés optiques des revêtements pour tour solaire
Vis Near IR Mid IR
Source: Interactive Solar Irradiance Data Center 11/03/2015 23Cahier des charges des peintures pour tour solaire
Propriétés optiques
TSR < 5%
Emissivité minimum
Réflexivité dans l’IR moyen maximum
Propriétés thermiques
Résistance 650°C
Propriétés durabilité
Excellente adhésion
Tenue à la corrosion
Résistance à l’abrasion
11/03/2015 24Revêtements pour tour solaire : Problèmes rencontrés
250 °C 450 °C
1) Dégradation de la résine et perte d’adhérence
2) Dégradation des pigments
11/03/2015 25Principaux challenges des peintures pour tour solaire
1) Optimisation des liants
2) Amélioration des propriétés physiques et durabilité
3) Optimisation du ration pigments et additifs
Concentration en pigments
Co-pigments
• Propriétés Vs ratio nitride
• Propriétés Vs ratio métal
Résistance à haute température
Nouveaux pigments
11/03/2015 261) Optimisation du liant
Practicabilité Résistance aux hautes températures
Résine 1 Nécessite une étape de cuisson à Décompose au-delà de 400 °C
250 °C
Résine 2 Sèche à température ambiante Perte d’adhérence après cuisson à 650 °C
(t.a.)
Résine 3 Sèche à t.a. mais farineuse Bonne dureté et bonne adhérence après
cuisson à 650 °C
Résine 2: 3 Sèche à t.a. et pas farineuse Bonne dureté et bonne adhérence après
(25:75) cuisson à 650 °C
Résine 4 Sèche à t.a. Résistante jusque 950 °C !
11/03/2015 272) Propriétés mécaniques
Test par Résistance à la methyl Dureté crayon
quadrillage (ASTM ethyl cétone (ASTM D3363)
3359) (ASTM D4752)
Formulation optimisée, à base de 3B 8 B
siloxane
Formulation optimisée, à base de 5B >100 7H
siloxane après 2 h à 650 °C
Tests brouillard salin: Peinture conventionnelle Formulation optimisée
11/03/2015 28
24 h au brouillard salin 72 h au brouillard salinDéfi pour l’anti-corrosion: coating haute température
Perte de masse à partir de 300 °C⇨ augmentation de la porosité ⇨ problème de corrosion
11/03/2015 29
Solution: augmentation de la quantité de charge lamellaire (mica, talc,…)SEM: vue en coupe de la peinture
10% Metal 20% Metal
Air
Substrat
Importance des charges lamellaires pour les propriétés anti-corrosion
11/03/2015 30Comparaison des résistances à la corrosion
Après 72 h au brouillard salin
Formulation 3 Formulation 3 + flocons métalliques 11/03/2015 31↑↑ de la réflectivité dans l’IRM avec une ↑↑ de la quantité de métal
11/03/2015 32TSR (Total Solar Reflectance) et émissivité Vs quantité de métal
Les particules métalliques diminuent l’émissivité mais
augmentent la TSR
Pigment 1
CPV en métal (%) TSR (%) Emissivité à 650 °C (%)
0 6 89
10 10 79
20 12 70
Conclusion:
Mauvais effet Diminution de
sur la TSR l’émissivité
11/03/2015 33Your Partner in Coatings, Science & Technology
Avenue Pierre Holoffe, 21
1342 Limelette
BELGIUM
Tel. +32(0)2.653.09.86
E-mail: cori@cori-coatings.be
Website: www.cori-coatings.be
Merci à Aline Teillet, Simon Kervyn et à leurs équipes ainsi qu’aux centres de recherche et universités
partenaires du CoRI pour leurs contributions
Dr Carine Lefèvre – Head Of the CoRIVous pouvez aussi lire
