Dans de nombreux procédés industriels, l’enduction consiste à déposer une couche mince et uniforme d’un produit, peinture, vernis ou adhésif, sur un substrat. La qualité du résultat dépend directement de deux paramètres : l’épaisseur du film déposé et son rendu visuel. Ces deux critères sont gouvernés par la rhéologie du produit, c’est-à-dire la façon dont il se déforme et s’écoule sous contrainte.
Industries
Contexte de l'étude : qualité d'un dépôt de peinture après application
La plupart de ces produits sont des fluides non newtoniens : leur viscosité varie selon la vitesse à laquelle on les sollicite. Choisir le bon produit ne se limite donc pas à une seule mesure de viscosité Brookfield. Cette étude compare le comportement rhéologique de 3 peintures, afin d’identifier celle qui répond le mieux aux exigences d’un procédé d’enduction donné.
Étude comparative pour déterminer la peinture à choisir
Mesure des courbes de viscosité
Les courbes de viscosité sont obtenues en combinant diverses techniques de rhéométrie en fonction de la gamme de sollicitation - ou cisaillement - désirée. La température est régulée et le séchage du produit est empêché grâce à un piège anti-évaporation.
Résultats : ce que la rhéologie révèle sur les peintures
Figure 1. Comparaison des courbes de viscosité de trois peintures pour évaluer les performances de ces revêtements dans un procédé d'enduction.
La figure ci-dessus présente les courbes d’écoulement, avec la viscosité apparente η en fonction du taux de cisaillement . Les 3 produits ont des comportements différents :
- La peinture 3 a une viscosité constante: elle est newtonienne.
- Les peintures 1 et 2 sont non-newtoniennes: leur viscosité diminue fortement avec le gradient de cisaillement : on parle alors de rhéofluidification. Aux faibles taux de cisaillement ( ), ils possèdent un seuil d’écoulement (yield stress), c.-à-d. qu’il faut exercer une certaine force avant de pouvoir les mettre en écoulement. Ce seuil, dû à la présence d’additifs texturant, permet de prévenir la sédimentation des pigments de la peinture et donc d'assurer une stabilité au stockage.
Ce résultat démontre qu'une simple mesure Brookfield des peintures, en ne donnant qu'un point de viscosité, n'aurait pas pu permettre le choix du produit.
Comment les mesures permettent de choisir la bonne peinture
La sédimentation des pigments dans le film de peinture permet de moduler le rendu visuel d’une peinture de mat à brillant. Elle est gouvernée par la viscosité aux bas gradients de cisaillement : plus la viscosité est élevée, moins les pigments peuvent bouger.
La présence d’un seuil de contrainte à l’écoulement pour les peintures 2 et 3 permet une plus grande stabilisation des formulations.
L’épaisseur de la couche déposée est déterminée par la viscosité à des cisaillements élevés, imposés entre l’applicateur (pinceau, rouleau, lame…) et le substrat à enduire. Plus la viscosité est élevée, c.-à-d. plus le fluide résiste à l’écoulement, plus l’épaisseur couchée sera grande.
L’épaisseur du film de peinture 3 sera plus élevée que celle de la 2 lui-même plus élevée que celle de la 1.
Une fois les classements effectués, le choix du produit est gouverné par le cahier des charges et des critères comme le grammage par m² lié à l’épaisseur du film ou l’aspect final de la couche de peinture. Des critères tout aussi importants comme le prix de la matière, sa facilité d’approvisionnement ou les normes environnementales (Reach) sont à prendre en compte.
Par exemple une peinture mate privilégiera une sédimentation lente des pigments pour que ces derniers restent en surface et renvoient la lumière dans toutes les directions.
Par ailleurs, on remarquera que les 3 courbes de viscosité se croisent en un point correspondant à ce qui aurait pu être obtenu avec une mesure faite au viscosimètre Brookfield. Cette proximité n’aurait pas permis de distinguer les échantillons au regard de l’épaisseur de film couché. Ceci souligne l’importance de faire les mesures de viscosité en rhéométrie dans toute la plage de taux de cisaillement du procédé d’enduction.
Une minute pour comprendre
Problématique
Comment choisir une peinture pour un procédé d’enduction ? Trois peintures sont comparées par leur comportement rhéologique sur toute la plage de sollicitation du procédé.
Méthode
Courbes de viscosité obtenues par rhéométrie sur toute la plage de cisaillement du procédé, température régulée et évaporation évitée.
Résultats clés
- Peinture 3 : newtonienne, viscosité constante. Film le plus épais, sédimentation des pigments la plus lente.
- Peintures 1 et 2 : rhéofluidifiantes, avec un seuil de contrainte à l’écoulement (fluide d'Herschel-Bulkley). Film plus fin, meilleure stabilisation des pigments contre la sédimentation.
Points clés
- Le choix final dépend du cahier des charges : une peinture matte privilégiera une faible sédimentation des pigments, une peinture de finition épaisse, une viscosité élevée à fort cisaillement.
- Une mesure unique au viscosimètre ne suffit pas : les trois peintures se croisent en un seul point sur la courbe et seraient indiscernables. Seule la rhéométrie sur toute la plage de cisaillement permet de les différencier.