Peinture en aérosol

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Contexte

La peinture en aérosol est un produit en aérosol conçu pour être distribué sous forme de fine brume. Par rapport aux méthodes conventionnelles de peinture au pinceau, la peinture au pistolet est plus rapide et offre une application plus uniforme. Alors que la peinture par pulvérisation industrielle repose sur des compresseurs d'air spéciaux qui brisent les particules de peinture en un fin brouillard, les peintures par pulvérisation commerciales sont des bombes aérosol autonomes qui utilisent des gaz liquéfiés pour atomiser la peinture.

Historique

L'art et la science de la peinture remontent à plus de 30 000 ans. Les humains primitifs ont peint des représentations grossières de leur vie sur les parois des grottes qui sont encore visibles aujourd'hui. Au fil des siècles, au fur et à mesure du développement de méthodes et de matériaux améliorés, la peinture a évolué à la fois comme moyen d'expression de l'art et comme outil fonctionnel. En 1700, le premier moulin à peinture enregistré en Amérique a été construit à Boston par Thomas Child. Les premières peintures prêtes à l'emploi pour le consommateur ont été développées plus de 150 ans plus tard par D. R. Averill dans l'Ohio.

Alors que ces peintures étaient commercialement souhaitées par les consommateurs, elles étaient également très coûteuses à expédier dans tout le pays en raison de leur poids. À mesure que les méthodes de production de masse devenaient de plus en plus disponibles, les fabricants ont appris à fabriquer de la peinture plus efficacement. De petites usines ont commencé à fleurir dans tout le pays. Ce système de petites usines de fabrication décentralisées a permis aux fabricants de vendre de la peinture à travers le pays. Ce système a persisté dans l'industrie jusqu'au milieu du XXe siècle.

Dans les années 40, l'industrie de la peinture a fait un nouveau pas en avant avec l'invention de la bombe aérosol. Développés à l'origine par l'armée comme outil de distribution d'insecticides, les systèmes d'aérosols ont rapidement été adaptés à d'autres catégories de produits, notamment la peinture en aérosol. En 1948, la Chase Company à Chicago est devenue l'une des trois entreprises autorisées par le Département de l'agriculture des États-Unis à fabriquer des anti-moustiques en aérosol. Utilisant une technologie et des équipements similaires, quelques années plus tard, ils sont devenus les premiers producteurs commerciaux de peinture en aérosol.

Depuis sa naissance dans les années 1950, l'industrie de la peinture en aérosol a connu un succès considérable mais a également rencontré de nombreux défis. À la fin des années 1970, les législateurs ont interdit aux peintures d'utiliser des propulseurs chlorofluorocarbonés (CFC) en raison du rôle que ces solvants sont censés jouer dans l'appauvrissement de la couche d'ozone atmosphérique. À la fin des années 1990, le California Air Resource Board (CARB) a commencé à imposer des limites à la quantité de composés organiques volatils (COV) pouvant être utilisés dans la peinture en aérosol. Il a été démontré que les COV contribuent à la pollution de l'air. Ces mandats réglementaires ont considérablement affecté la qualité des formulations de peinture en aérosol. Malgré ces défis, les peintures en aérosol continuent d'être des produits de consommation populaires. En 1997, près de 25 millions de gallons (94 millions 1) de peinture en aérosol étaient produits aux États-Unis seulement.

Matières premières

Pigments

Les pigments sont utilisés dans la peinture en aérosol pour donner de la couleur et de l'opacité. Il existe quatre types de base de pigments utilisés dans la peinture en aérosol. Des pigments blancs tels que le dioxyde de titane sont utilisés pour diffuser la lumière et rendre la surface peinte plus opaque. Les pigments de couleur, comme leur nom l'indique, donnent de la couleur au mélange de peinture. Ceux-ci incluent une variété de produits chimiques synthétiques. Des pigments inertes sont utilisés comme charges qui modifient les caractéristiques du film de la peinture. Enfin, les pigments fonctionnels offrent des caractéristiques de performance supplémentaires telles qu'une protection contre les rayons ultraviolets.

Les pigments doivent être choisis avec soin car ils peuvent également affecter certaines caractéristiques de formulation telles que la viscosité. Si les pigments ne sont pas correctement dispersés, ils peuvent s'agglomérer, c'est-à-dire qu'ils peuvent se rassembler pour former des amas plus gros qui se déposeront au fond du récipient. Lorsque cela se produit, les pigments ne peuvent pas être séparés en particules suffisamment petites pour être pulvérisées à travers la valve.

Solvants

Les solvants sont les liquides qui transportent le reste des ingrédients de la peinture. Bien que l'eau soit un bon solvant pour de nombreux matériaux, elle sèche lentement et a tendance à corroder les boîtes métalliques. Par conséquent, des solvants non aqueux à séchage rapide sont utilisés. La sélection du solvant peut également affecter la stabilité de la dispersion de pigment. Certains solvants peuvent absorber la couche externe de la particule et la faire gonfler - cette interaction aide à stabiliser la dispersion. D'autres types de solvants, en revanche, peuvent avoir un effet négatif sur la dispersion des pigments. Si les solvants recouvrent complètement la surface de la particule, ils peuvent empêcher l'interaction d'autres ingrédients et peuvent même déstabiliser la formule

Propulseurs

Les propulseurs sont des gaz qui forcent la peinture à sortir du pot en se dilatant rapidement lorsque la valve est ouverte. Les gaz chlorofluorocarbonés (CFC) étaient à l'origine utilisés comme propulseurs, mais leur utilisation a été interdite en 1978 car il a été découvert qu'ils appauvrissent la couche d'ozone. D'autres gaz comme le butane et le propane ont été utilisés pour remplacer les CFC. Ces hydrocarbures sont classés en fonction de la pression qu'ils créent dans le bidon. Le butane 40, par exemple, est un mélange de butane et de propane et a une pression de vapeur de 40 psi (2,8 kgf/cm ² ) par pouce carré. Les propulseurs à base d'hydrocarbures ont été utilisés comme propulseurs principaux jusqu'aux années 1980, lorsque le California Air Resource Board a déterminé que ces produits chimiques contribuaient au smog. Ils ont adopté des règlements limitant la quantité pouvant être utilisée dans la peinture en aérosol. Pour résoudre ces problèmes, une nouvelle classe de propulseurs connus sous le nom d'hydrofluorocarbures (HFC) a été développée pour être utilisée dans les aérosols. Ceux-ci comprennent le 1,1,-difluoroéthane (Propulseur 152A) et le 1, 1, 1, 2,-tétrafluorométhane (Propulseur 134A).

Autres ingrédients

D'autres ingrédients sont inclus dans la formule pour stabiliser la dispersion du pigment, contrôler le pH et la viscosité et empêcher la corrosion dans la boîte.

Emballage

Les peintures en aérosol sont conditionnées dans des boîtes en acier ou en aluminium étamées. La boîte est scellée avec une valve qui contrôle la façon dont la peinture est distribuée. Le haut de la valve est un bouton qui contrôle la forme du spray; il est fixé au corps de vanne qui agit comme une chambre de mélange pour le concentré de peinture liquide et le propulseur. Au bas de la valve est fixé un tube en plastique qui transporte la peinture vers le haut depuis le fond de la boîte.

Le processus de fabrication

Dosage du concentré

• 1 La première étape de la fabrication de peinture en aérosol consiste à préparer le concentré liquide dans de grands réservoirs en métal ou en verre. Ce processus consiste à mélanger les ingrédients liquides tels que les solvants, les inhibiteurs de corrosion et les agents de contrôle du pH et de la viscosité avec de grands mélangeurs à turbine entraînés par des moteurs électriques.

Dispersion des pigments

• 2 L'étape critique du processus de fabrication consiste à s'assurer que les particules de pigment solide sont correctement dispersées. Il faut veiller à ce que le liquide déplace tout l'air entourant les particules. Un simple mélange avec une pale d'hélice ne suffit pas pour disperser les pigments, c'est pourquoi un équipement de mélange spécial tel qu'un broyeur à boulets est utilisé. Un broyeur à boulets est un récipient circulaire, comme un tambour, qui est rempli de billes en céramique ou en acier inoxydable. Les pigments secs sont mélangés avec une partie du concentré de peinture pour former une bouillie qui est versée dans ce tambour. Le tambour est ensuite placé sur une paire de rouleaux métalliques rotatifs; comme L'intérieur d'une bombe de peinture et son fonctionnement. il tourne, les billes dégringolent dans le tambour et brisent les particules de pigment.

  Un autre type de mélangeur qui peut être utilisé dans ce processus est un broyeur à cylindres qui se compose de deux cylindres métalliques rotatifs rapprochés. La suspension pigmentaire passe à travers les rouleaux lorsqu'ils tournent l'un contre l'autre. Les particules de pigment sont brisées par l'action des rouleaux jusqu'à ce que seules les plus petites particules traversent l'espacement - les plus grosses particules agrégées sont brisées.

• 3 Une fois les pigments correctement humidifiés, le slurry peut être ajouté au reste du concentré liquide dans la cuve de dosage. Ce mélange est ensuite agité jusqu'à ce qu'il soit homogène. À ce stade du processus, un échantillon du concentré de peinture peut être prélevé pour vérifier la consistance et la couleur. Si la couleur ne correspond pas de manière appropriée, des ajouts peuvent être apportés au lot pour ajuster la couleur. Des ajustements peuvent être effectués pour augmenter la charge de pigments afin d'amplifier la couleur ou pour ajouter plus de solvant pour la diluer. Une fois que l'on sait que le lot répond aux spécifications appropriées, il peut être transféré dans un réservoir de remplissage.

Processus de remplissage

• 4 Les processus de remplissage utilisés pour les aérosols sont hautement automatisés. Les canettes vides descendent sur une bande transporteuse pour atteindre l'équipement de remplissage. Des jets d'air comprimé éliminent toute poussière ou saleté pouvant se trouver dans les bidons avant qu'ils ne soient remplis de concentré par les têtes de remplissage. Ces têtes sont une série de buses reliées à des tubes qui transfèrent la peinture du réservoir de remplissage. Un mécanisme à piston contrôle la quantité de liquide injectée dans la boîte. Après avoir rempli les canettes, descendez la chaîne de montage jusqu'à un dispositif de gazage qui injecte du gaz propulseur liquéfié dans la canette, puis sertit immédiatement la valve contre le rebord de la canette pour la fermer hermétiquement.
• 5 Après le gazage, les bidons traversent un bac d'eau chaude afin qu'ils puissent être observés pour vérifier s'il y a des fuites. Si le bidon a un trou ou si la valve n'est pas scellée correctement, de petites bulles de jet seront visibles dans le bain-marie. Les boîtes défectueuses sont retirées et jetées. Après avoir traversé le bac à eau, les boîtes sont séchées avec plus d'air comprimé. À la fin de la chaîne d'assemblage, un capuchon est installé sur la valve pour protéger l'aérosol d'une activation accidentelle. Enfin, les canettes sont emballées dans des cartons et placées sur des palettes pour l'expédition.

Contrôle qualité

La qualité du produit de peinture en aérosol est évaluée à plusieurs étapes. Pendant le dosage, le concentré est vérifié pour s'assurer qu'il est de la bonne teinte. Cela peut être fait simplement en comparant visuellement un échantillon du nouveau lot à une norme approuvée. Une petite quantité de peinture peut être étalée sur un fond blanc pour faciliter cette comparaison. De plus, des méthodes d'analyse instrumentales colorimétriques ou photométriques plus sophistiquées peuvent être utilisées. Des méthodes de test analytiques, telles que le test de point d'écoulement de Daniels, sont utilisées pour garantir que la dispersion de peinture sera stable. Pendant le processus de remplissage des aérosols, des échantillons aléatoires sont prélevés de la chaîne de montage pour être contrôlés. Les évaluations critiques incluent le poids de remplissage, la concentration en solides et la pression de la boîte. Le taux de pulvérisation (la quantité de peinture délivrée par unité de temps) et le motif de pulvérisation (la taille et la forme de la pulvérisation) sont également soigneusement évalués. Une fois la fabrication terminée, des études de vieillissement accéléré peuvent être effectuées pour s'assurer que les boîtes seront pulvérisées sans se boucher et que l'intérieur des boîtes reste exempt de rouille.

Le futur

L'industrie de la peinture en aérosol est confrontée à une variété de défis futurs impliquant à la fois des problèmes de marketing et des problèmes techniques. À mesure que le marché a mûri, les fabricants ont du mal à trouver de nouvelles façons de commercialiser leurs produits. La société Krylon (une division de Sherwin-Williams) oriente ses futurs efforts de marketing dans deux nouveaux domaines. Une nouvelle gamme de produits s'adresse aux femmes et aux enfants avec des peintures qui offrent de nouvelles couleurs vives, une lavabilité améliorée et un nouveau parfum frais. L'autre ligne est destinée à des applications spécifiques d'entrepreneurs résidentiels, telles que la peinture pour portes/volets, la peinture pour évents et la peinture pour bandes de roulement et adhérence.

En plus des défis marketing, les futurs formulateurs de peinture devront continuer à rechercher des moyens de réduire les coûts ou d'améliorer les performances. Des exemples de technologies futures peuvent être trouvés dans deux nouvelles approches de formulation. L'un traite de deux nouveaux solvants qui améliorent l'apparence du film de peinture après séchage et l'autre implique un rapport pigment-remplissage-liant réduit qui améliore la couverture de surface. Enfin, les autres défis futurs auxquels les peintures en aérosol sont confrontées comprennent les réglementations environnementales destinées à contrôler les émissions de COV et le réchauffement climatique, les problèmes juridiques concernant l'étiquetage de sécurité et l'abus continu des produits par les graffeurs.

Où en savoir plus

Livres

Johnsen, Montfort A. Le manuel des aérosols. Compagnie Wayne Dorland, 1982.

Périodiques

Johnsen, Montfort A. "Aérosols—Le défi des COV entre dans le 21e siècle." Technologie de pulvérisation 11 (1999) :21.

Autre

"Valeur économique des peintures et revêtements." Page Web de la National Paint &Coatings Association. Décembre 2001. .

Randy Schueller