Comment choisir les pigments de dioxyde de titane pour les revêtements en poudre
Joe•
Cet article traite de la sélection des pigments de dioxyde de titane pour les revêtements en poudre, en mettant l'accent sur des propriétés telles que le type, le traitement de surface, la granulométrie, le pH et la teneur en humidité. Il souligne l'importance du dioxyde de titane pour l'amélioration des performances des revêtements, notamment le pouvoir couvrant, la brillance et la résistance aux intempéries, et fournit des recommandations pour évaluer son adéquation à diverses applications.
Abstrait
Les revêtements en poudre présentent d'excellentes propriétés environnementales et une qualité de revêtement supérieure. Cet article explique comment sélectionner les pigments de dioxyde de titane adaptés aux revêtements en poudre, en suggérant de prendre en compte les propriétés suivantes du dioxyde de titane :
- Type de dioxyde de titane ;
- Traitement de surface du dioxyde de titane ;
- Distribution granulométrique du dioxyde de titane ;
- valeur pH du dioxyde de titane ;
- Teneur en humidité du dioxyde de titane.
Introduction
Les revêtements en poudre, représentatifs des revêtements sans solvant à haute teneur en solides, présentent des émissions de composés organiques volatils (COV) nettement inférieures à celles des revêtements traditionnels à base de solvants, certains produits atteignant même des émissions de COV nulles.
Les revêtements en poudre sont composés de polymères tels que la résine polyester, le polyuréthane, l'acide polyacrylique et la résine époxy, mélangés uniformément à des pigments et des additifs. Faciles à appliquer, ils ne nécessitent souvent qu'une seule couche. Grâce à une bonne maîtrise du procédé, le film de revêtement est généralement exempt de porosités et présente une excellente résistance aux acides et aux bases, ainsi qu'à la corrosion.
Les industries qui utilisent principalement les revêtements en poudre comprennent la fabrication de meubles, la fabrication d'appareils électroménagers et d'articles de cuisine, l'industrie des tubes d'acier, l'industrie automobile, l'industrie des machines agricoles, les équipements de lutte contre l'incendie, l'industrie électrique et l'industrie de la construction.
Propriétés du dioxyde de titane
Le principal composant du dioxyde de titane est le TiO₂, qui est actuellement le pigment blanc le plus performant. Grâce à son indice de réfraction élevé, le dioxyde de titane présente une meilleure capacité de diffusion de la lumière que les autres pigments blancs, assurant ainsi une excellente couvrance pour les applications de revêtement.
Les indices de réfraction des pigments blancs courants sont présentés dans le tableau 1. Les revêtements à base de dioxyde de titane servent à recouvrir, embellir et protéger les supports, en les prévenant de la rouille et de la corrosion dues à la lumière, à la chaleur et à l'humidité. En résumé, les principales fonctions du dioxyde de titane dans l'industrie sont “ recouvrir, embellir et protéger ”.”
| Substance | indice de réfraction | Substance | indice de réfraction |
|---|---|---|---|
| dioxyde de titane rutile | 2.71 | carbonate de plomb basique | 2 |
| anatase dioxyde de titane | 2.52 | Sulfate de plomb basique | 1.93 |
| Sulfure de zinc | 2.37 | sulfate de baryum | 1.64 |
| Oxyde de zinc | 2.02 | Talc | 1.87 |
Tableau 1 : Indices de réfraction des pigments blancs courants
Le rôle important du dioxyde de titane dans les revêtements en poudre
Lors de la formulation des revêtements en poudre, la combinaison de résine et d'agent de réticulation est souvent considérée comme le principal facteur influençant les performances, ce qui explique les efforts considérables déployés dans le développement de ces résines et agents de réticulation. Cependant, cela ne signifie pas que le dioxyde de titane soit moins important ou puisse être ajusté arbitrairement. Le dioxyde de titane a un impact significatif sur la production, l'application et les propriétés du film des revêtements en poudre.
Lors de la production, la dispersibilité du dioxyde de titane influe directement sur l'efficacité du mélange et la dispersion du polymère fondu lors de l'extrusion, ainsi que sur la capacité de production. Lors de la cuisson, les propriétés de surface du dioxyde de titane influent sur la fluidité du polymère fondu, la vitesse de cuisson et le jaunissement lors d'une cuisson excessive.
En termes de performances du film, le dioxyde de titane influe sur le pouvoir couvrant, la brillance et la résistance aux intempéries du revêtement. Par conséquent, le choix du dioxyde de titane approprié est crucial pour le développement des revêtements en poudre.
Lors du choix du dioxyde de titane, tenez compte des propriétés suivantes :
- Type de dioxyde de titane ;
- Traitement de surface du dioxyde de titane ;
- Distribution granulométrique du dioxyde de titane ;
- valeur pH du dioxyde de titane ;
- Teneur en humidité du dioxyde de titane.
(1) Type de dioxyde de titane
Le dioxyde de titane commercial se divise en deux types principaux : l’anatase et le rutile. Leurs caractéristiques cristallines et leurs constantes physiques sont présentées dans le tableau 2.
En raison de différences de structure chimique, bien que tous deux soient du dioxyde de titane, leurs performances varient. Les revêtements à base de dioxyde de titane anatase sont sujets au farinage sous l'effet du soleil, tandis que ceux à base de dioxyde de titane rutile présentent une meilleure résistance au farinage. Par conséquent, le dioxyde de titane rutile est recommandé.
| Propriété | Rutile | Anatase |
|---|---|---|
| Système cristallin | tétragonal | tétragonal |
| Forme cristalline | En forme d'aiguille | En forme de cône |
| d (μm) | 0.2-0.5 | 0.1-0.5 |
| Densité relative | 4.2-4.3 | 3.8-3.9 |
| indice de réfraction | 2.71 | 2.52 |
| Dureté de Mohs | 6-7 | 5.5-6 |
| Point de fusion | 1858℃ | Se transforme en rutile |
| Chaleur spécifique Cal/℃.g | 0.17 | 0.17 |
| Taux d'absorption UV% | 90 | 67 |
| Couverture m²/kg | 30.1 | 23.6 |
| Force de coloration (Reynolds) | 1650 | 1270 |
| Constante de réseau | α=0,459 | α=0,378 |
| c=0,296 | c=0,95 |
Tableau 2 : Caractéristiques cristallines et constantes physiques du dioxyde de titane
(2) Traitement de surface du dioxyde de titane
Pour permettre au dioxyde de titane de remplir des fonctions spécifiques dans différents systèmes de revêtement en poudre, divers traitements de surface sont appliqués lors de la production. Par exemple, l'alumine hydratée (hydroxyde d'aluminium) est utilisée pour améliorer la dispersibilité et le brillant, tandis que la silice hydratée et la zircone hydratée sont utilisées pour renforcer la résistance aux intempéries.
Des traitements de surface organiques, tels que les polyols, les amines ou les silanes, sont utilisés pour améliorer le mouillage et la fluidité. La blancheur du dioxyde de titane dépend de sa teneur en TiO₂ ; une concentration élevée d’agents de traitement de surface réduit cette teneur, ce qui affecte la blancheur. Par conséquent, pour obtenir des revêtements d’une blancheur supérieure, il est préférable d’utiliser du dioxyde de titane contenant une faible concentration d’agents de traitement de surface.
Le brillant du film de revêtement dépend non seulement de la résine et de sa formulation, mais aussi du traitement de surface du dioxyde de titane. Le traitement de surface à l'alumine favorise la dispersion du dioxyde de titane dans la résine, améliorant ainsi les propriétés optiques telles que le brillant et le pouvoir couvrant. La cristallinité de l'alumine contribue également à l'amélioration du brillant.
Pour les revêtements semi-brillants ou mats, on peut opter pour le dioxyde de titane traité en surface à la silice. Le dioxyde de titane commercial bénéficie souvent de traitements de surface à l'alumine et à la silice, et se décline en finitions brillantes, semi-brillantes et mates selon ses caractéristiques.
Le traitement de surface de la silice peut se faire par adsorption lâche ou par précipitation. L'adsorption lâche confère à la surface une structure floconneuse, une taille de particules plus importante, une surface spécifique accrue et une meilleure absorption d'huile. Cette structure favorise une meilleure couverture du film sec en évitant un encombrement excessif et les effets spatiaux.
Le traitement par précipitation consiste à enrober étroitement les particules de TiO2 de silice, à la manière d'un enrobage de chocolat. Cette structure dense réduit l'interaction entre les ions titane actifs à la surface du TiO2 et les polymères externes, empêchant ainsi le jaunissement, la décoloration et le farinage.
Ainsi, le dioxyde de titane peut être classé en deux catégories : les types à haute résistance aux intempéries pour l’extérieur et les types pour l’intérieur, en fonction de leur résistance aux intempéries, avec différentes applications illustrées par les images TEM de la figure 1.
Figure 1 : Images TEM du dioxyde de titane
Les propriétés du dioxyde de titane peuvent être distinguées par traitement de surface, mais les caractéristiques chimiques et structurelles détaillées nécessitent une discussion avec le personnel technique pour sélectionner le dioxyde de titane approprié à la conception du produit.
(3) Distribution granulométrique du dioxyde de titane
La taille des particules de dioxyde de titane détermine la teinte du film de revêtement. Pour obtenir des performances optiques optimales, le dioxyde de titane est généralement fabriqué avec une taille de particules d'environ 0,2 micron, avec une courbe de distribution allant de 0,15 à 0,3 micron.
Les particules plus fines diffusent davantage la lumière bleue, ce qui leur confère une teinte blanc bleuté, tandis que les particules plus grosses tendent vers une teinte blanc jaunâtre. La relation entre la taille des particules et leur pouvoir de diffusion est illustrée par la figure 2. Toutefois, un jaunissement de la poudre de dioxyde de titane peut survenir en raison de la présence d'ions vanadium ou fer résiduels, dus à une purification incomplète lors de sa fabrication.
Par conséquent, lors du choix d'une teinte particulière pour les revêtements en poudre, il convient de prêter attention à la taille et à la distribution des particules de dioxyde de titane. Outre la dispersibilité, la taille des particules influe également sur le pouvoir couvrant, comme illustré à la figure 3.
(4) Valeur du pH du dioxyde de titane
Le pH du dioxyde de titane a généralement un impact plus significatif sur les revêtements à base d'eau, influençant les performances des dispersants et des épaississants. Dans les revêtements en poudre, le pH doit être déterminé en fonction de la concentration en acide libre dans la résine ou du type d'accélérateur utilisé.
Dans les procédés catalysés par un acide, le dioxyde de titane à pH élevé peut neutraliser le catalyseur, entraînant un durcissement incomplet et une dureté de film réduite. À l'inverse, le dioxyde de titane à pH faible peut accélérer la catalyse acide, provoquant un surdurcissement et des défauts de surface. Un pH de 7 à 8 est généralement recommandé.
(5) Teneur en humidité du dioxyde de titane
La poudre de dioxyde de titane peut absorber l'humidité ambiante, augmentant ainsi sa teneur en humidité. Une teneur en humidité élevée peut entraîner une mauvaise dispersion, une fluidité réduite, l'obstruction des canalisations et des défauts de surface tels que des rides, des piqûres et des cratères dans le film de revêtement.
L'absorption d'humidité est liée à la concentration des agents de traitement de surface ; en général, plus la concentration est élevée, plus l'absorption est importante. Il est donc essentiel de contrôler la température et l'humidité de l'environnement de stockage. La température recommandée en entrepôt est inférieure à 27 °C, avec une humidité relative ne dépassant pas 75 %. Pour éviter les “ tempêtes de poussière ”, la ventilation doit être renforcée afin de maintenir une bonne circulation de l'air et de réduire la concentration de poussière à l'intérieur.
La teneur en humidité des poudres, y compris le dioxyde de titane et les charges, ne doit pas dépasser 0,5%.
4. Méthodes d'évaluation de l'adéquation du dioxyde de titane dans les revêtements en poudre
Comme toute matière première, le dioxyde de titane ne peut répondre à toutes les exigences de conception. Il peut exceller dans certains domaines tout en présentant des inconvénients dans d'autres. Par conséquent, les caractéristiques du produit doivent être prises en compte lors du choix du dioxyde de titane.
L'évaluation de l'adéquation du dioxyde de titane est généralement divisée en trois propriétés principales :
- Propriétés de la poudre : distribution de la finesse, fluidité de la poudre et activité de gélification.
- performances optiques du revêtement : couleur, couverture, brillance (20°, 60°) et jaunissement lors d'une cuisson excessive.
- Propriétés mécaniques du revêtement : dureté, résistance aux solvants, flexibilité et résistance aux chocs.
5. Conclusion
Lors de la formulation des revêtements en poudre, des ajustements sont souvent effectués en fonction des exigences. La formulation de base comprend généralement de la résine, un agent de réticulation, un pigment, une charge et d'autres additifs. Le dioxyde de titane est un composant essentiel des revêtements en poudre.
Cet article propose une nouvelle perspective pour la recherche et le développement dans les industries des revêtements et du dioxyde de titane. Il offre des éléments de référence pour la production de dioxyde de titane, le développement de nouveaux produits à base de dioxyde de titane et son application dans les revêtements en poudre.
