Your Partner in Coatings, Science & Technology

Dr Carine Lefèvre – Head Of the CoRI

Les derniers développements sur les revêtements optiquement actifs et les revêtements résistants à l’abrasion

2 11/03/2015

23 collaborateurs, principalement des scientifiques

CA 2,5 M€

60 % issus des programmes de recherche (collectifs et contractuels)

Croissance de20 % sur les 2 dernière années

Qui sommes-nous….

Recherche et Développement

(Contractuelles & Collectives)

Testes &

Analyses

Assistance technique

& Expertise

Formation &

Publication

3 11/03/2015

Qui sommes-nous…

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 dans ces secteurs (~ 3,500 employés)

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).

Créé par l’industrie

Pour l’industrie

4 11/03/2015

Qui sommes-nous…

Notre mission:

Fournir de l’assistance, du support &

des services en offrant :

Analyses Résolution de

problème Contrat de recherche

Assistance technique

Formation

Aux fabricants de peintures, aux fournisseurs de matières premières, aux équipementiers, aux applicateurs professionnels et aux utilisateurs

industriels

5 11/03/2015

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.

Les revêtements anticorrosion innovants

6 11/03/2015

La mesure de la perméabilité à l’oxygène Le CIRMAP possède un outil permettant d’évaluer la perméabilité à l’oxygène de

films libres.

Popcorn : méthode de mesure

Mesure sur un film libre de peinture

PO

PC

OR

N

7 11/03/2015

Pas d’effet des Sépiolites sur la perméabilité à l’oxygène

La morphologie des Sépiolites est-elle adaptée?

Popcorn : Quelques résultats

Primaire Sépiolite naturelle

Q-Panel (24h)

Sépiolite

8 11/03/2015

Etude des argiles plaquettaires (Pural – Zéolite)

Popcorn : Quelques résultats

Zéolite

Résultat Umons

9 11/03/2015

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

Popcorn : Perspectives

10 11/03/2015

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

Les revêtements anticorrosion innovants

11 11/03/2015

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.

Munacor : Méthode de dispersion

12 11/03/2015

Munacor : Quelques résultats

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

0 200 400 600 800 1000 1200

∆E*

Time of exposure (hours)

∆E* evolution of the simplified primer with different clays during QUVA exposure

Simplified primer with CI, without any clay

Simplified primer without CI, without any clay

Simplifed primer without CI, with Cloisite 116 (2%)

Simplified primer without CI, with Pural Mg61(2%)

Simplified primer without CI, with Sepiolite-TiO2 (2%)

Amélioration de la résistance aux UV avec la Pural

13 11/03/2015

Munacor : Quelques résultats

Evaluation de la tenue à la corrosion en présence de différentes argiles

Primer Cloisite ~ Halloysite < Zéolite

Top Coat Sépiolite < Pural < Cloisite

14 11/03/2015

Perspectives

Définir la concentration optimale en argiles

Combiner les argiles dans une même formulation

Evaluer les nouveaux nanomatériaux de l’IPA

Les revêtements anticorrosion innovants

15 11/03/2015

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

Les revêtements anticorrosion innovants

16 11/03/2015

Caruso : Contexte et objectifs

CA

RU

SO

Caractérisation des revêtements • Physico-chimique (composition, microstructure) • Mécanique (adhésion, élasticité, dureté, ténacité, contraintes internes) • Tribo-mécanique (modes d’endommagement)

Dépôt d’une couche mince sur un revêtement organique

Substrat

Revêtement organique

Modification du revêtement organique

Substrat

Elaboration des revêtements

Mise au point de l’outil de simulation • Caractérisations menées • Littérature

Comité de pilotage • Cahiers des charges • Propriétés spécifiques

Projets antérieurs • Savoir-faire • Propriétés spécifiques

17 11/03/2015

Support de référence (système solvant)

Support Acier (en cours de définition)

Caruso : Les systèmes d’étude

CA

RU

SO

Acier

Top coat Primaire

Acier

Top coat Primaire

Couche mince

Acier

Revêtement organique

18 11/03/2015

Caruso : Les couches minces

CA

RU

SO

Substrat métallique

Revêtement organique

Revêtement mince (< 1µm)

Méthodes de dépôt

Voie sèche

• PVD (magnetron sputtering, evaporation)

• Plasma Enhanced CVD

Voie liquide • Sol gel, revêtements organiques minces

(vernis)

Bar coating, roll coating, spin coating, spray

Revêtements métalliques purs ou alliages

Revêtements minces

Nitrures (TiN, CrN, TiAlN, …)

Carbures (TiC, WC, …)

Oxydes (ZnO, SiO2, TiO2, Al2O3, …) …

DLC

Panel de revêtements minces améliorant la résistance à l’usure d’une couche organique

19 11/03/2015

Formulation d’une peinture aqueuse Variation du type des charges

Formulation de peintures aqueuses Variation de la résine

Variation probable d’autres composants

Variation du type de séchage

Paramètres Epaisseur

Caruso : Les revêtements organiques

CA

RU

SO

Substrat métallique

Substrat métallique Revêtement organique

Substrat Substrat Substrat

20 11/03/2015

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

Caruso : Performances

CA

RU

SO

21 11/03/2015

Proposition d’indices de performance pour la mesure de résistance à la rayure

Etablissement des cartes de sélection sur base des modèles

Logiciel EDUPACK

Caruso : Outil de sélection

CA

RU

SO

Création des cartes de sélection Choix de la solution optimale en fonction des contraintes

22 11/03/2015

Les revêtements anticorrosion innovants : Tour solaire

Images: National geographic and microtherm group

Receiver :

23 11/03/2015

Propriétés optiques des revêtements pour tour solaire

Source: Interactive Solar Irradiance Data Center

Vis Near IR Mid IR

24 11/03/2015

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

Cahier des charges des peintures pour tour solaire

25 11/03/2015

Revêtements pour tour solaire : Problèmes rencontrés

250 °C 450 °C

1) Dégradation de la résine et perte d’adhérence 2) Dégradation des pigments

26 11/03/2015

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

Principaux challenges des peintures pour tour solaire

27 11/03/2015

1) Optimisation du liant

Practicabilité Résistance aux hautes températures

Résine 1 Nécessite une étape de cuisson à 250 °C

Décompose au-delà de 400 °C

Résine 2 Sèche à température ambiante (t.a.)

Perte d’adhérence après cuisson à 650 °C

Résine 3 Sèche à t.a. mais farineuse Bonne dureté et bonne adhérence après cuisson à 650 °C

Résine 2: 3 (25:75)

Sèche à t.a. et pas farineuse Bonne dureté et bonne adhérence après cuisson à 650 °C

Résine 4 Sèche à t.a. Résistante jusque 950 °C !

28 11/03/2015

2) Propriétés mécaniques

Test par quadrillage (ASTM 3359)

Résistance à la methyl ethyl cétone (ASTM D4752)

Dureté crayon (ASTM D3363)

Formulation optimisée, à base de siloxane

3B 8 B

Formulation optimisée, à base de siloxane après 2 h à 650 °C

5B >100

7H

Tests brouillard salin:

24 h au brouillard salin 72 h au brouillard salin

Peinture conventionnelle Formulation optimisée

29 11/03/2015

Perte de masse à partir de 300 °C⇨ augmentation de la porosité ⇨ problème de corrosion

Solution: augmentation de la quantité de charge lamellaire (mica, talc,…)

Défi pour l’anti-corrosion: coating haute température

30 11/03/2015

SEM: vue en coupe de la peinture

10% Metal 20% Metal

Air

Substrat

Importance des charges lamellaires pour les propriétés anti-corrosion

31 11/03/2015

Comparaison des résistances à la corrosion

Après 72 h au brouillard salin

Formulation 3 Formulation 3 + flocons métalliques

32 11/03/2015

↑↑ de la réflectivité dans l’IRM avec une ↑↑ de la quantité de métal

33 11/03/2015

TSR (Total Solar Reflectance) et émissivité Vs quantité de métal

Conclusion: Mauvais effet sur la TSR

Diminution de l’émissivité

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

Your Partner in Coatings, Science & Technology

Dr Carine Lefèvre – Head Of the CoRI

Merci à Aline Teillet, Simon Kervyn et à leurs équipes ainsi qu’aux centres de recherche et universités partenaires du CoRI pour leurs contributions

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