Morphologie de films de latex bidisperses, après séchage,à différentes échelles
Les revêtements de surface ou « coating » en anglais sont un domaine économique important de l’industrie chimique et nécessitent une constante évolution technologique pour faire face aux besoins actuels : protection des surfaces, décoration, antirouille, antisalissures ou revêtements dit « intelligents », ils sont présent partout. Parmi les différents constituants d’un film, l’un des composants clefs est le liant assurant la formation d’un film continu. Depuis déjà de nombreuses années les contraintes écologiques ont imposées l’utilisation de latex synthétiques (particules polymérisées en suspension dans l’eau) en remplacement de polymères dissous dans des solvants organiques, dont les vapeurs, au cours du séchage, s’évaporaient dans l’atmosphère. Cependant ces latex synthétiques, malgré leurs avantages écologiques, présentent certains inconvénients par rapport à leurs prédécesseurs au niveau du séchage. Le temps de formation du film continu, par exemple, est un paramètre important à contrôler dans le secteur des revêtements en fonction des types d’applications. Avec les solvants organiques il était possible d’ajuster ce temps en choisissant judicieusement le solvant, au contraire dans le cas des latex synthétiques, le solvant est toujours de l’eau dont la vitesse d’évaporation est une constante (pour des conditions climatiques données bien entendu). D’autres paramètres tels que la rhéologie, ou les mécanismes de séchage se démarquent entre les deux types de systèmes. Le contrôle des paramètres de tels systèmes a été largement étudié par un grand nombre d’équipes de recherche. On trouve notamment des études sur la limitation de l’évaporation par ajout de tensioactifs particuliers1 ou déposition de monocouche d’alcool lourd en surface des films2 . Peters et al3 , de leurs côtés, ont travaillés sur le contrôle de la rhéologie en mélangeant des latex de deux tailles différentes. C’est à partir des travaux de cette dernière équipe que nous avons démarré notre étude.
Séchage de film de latex
Généralité sur les latex
Dans ce chapitre nous allons présenter les caractéristiques d’un latex, ses principales utilisations, sa synthèse, ainsi que les différentes définitions qui s’y rapportent. Puis nous reviendrons sur les origines pratiques du sujet et ses problématiques physico-chimiques.
Historique Qu’est ce qu’un latex ?
Keddie, dans une revue très complète dans ce domaine 1 , les définit simplement : Un latex est une suspension colloïdale aqueuse de particules de polymère (généralement sphériques). Le nom latex provient du mot latin signifiant liqueur 2 , il fut adopté au XVIIe siècle pour désigner le suc de certaines plantes comme l’hévéa dont la sève « cahuchu » est le latex naturel. Ces latex étaient utilisés par les mayas et les aztèques pour la confection de balles d’un jeu très populaire chargé de symbolisme religieux, ils étaient en effet considérés comme le « sang du monde » et étaient offerts aux dieux. Ils étaient également utilisés comme préparations médicinales, imperméabilisant pour les vêtements et même pour la confection de bottes rudimentaires 3 . Les latex synthétiques ont été développés afin de se substituer au caoutchouc naturel pour les pneumatiques pendant la première et la seconde guerre mondiale, périodes pendant lesquelles l’approvisionnement en latex naturel était difficile. Aujourd’hui la majorité des latex est utilisée dans l’industrie des pneumatiques, les adhésifs, les papiers, les textiles, plus récemment dans les applications biomédicales et, dans le cas qui nous intéresse dans cette étude, dans la formulation des revêtements et peintures comme liant. De part leurs nature aqueuse ils constituent un substitut de choix pour remplacer les peintures à base de solvants organiques, nocifs pour l’environnement.
Base sur la synthèse des latex
La synthèse des latex s’effectue par le biais d’une polymérisation en émulsion, mise au point dans les années 20 et 30 en Allemagne et au Etats-Unis 4 . Cette dernière met en jeux des monomères hydrophobes, un amorceur hydrosoluble, des tensioactifs et de l’eau, bien évidemment le système de départ est une émulsion. La polymérisation par émulsion présente plusieurs avantages : fort taux de polymérisation, formation de polymères de grandes masses moléculaires, pas de solvants organiques et facilité de manipulation du produit final étant donné sa faible viscosité. Enfin cette méthode permet de synthétiser des particules de tailles variées de la dizaine de nanomètres à plusieurs centaines de microns.5 7 La polymérisation par émulsion se divise en trois étapes plus ou moins bien délimitées en fonction du monomère utilisé. • Etape 1 : Nucléation des particules Les composants du milieu sont initialement de l’eau, des émulsifiants, des monomères dispersés en gouttelettes (après une étape d’émulsification) et des amorceurs hydrosolubles. La production de radicaux commence par la décomposition de l’amorceur par voie thermique ou chimique ou suite à l’addition d’un activateur. Des particules se forment alors, dont le nombre et la taille vont en augmentant. La nucléation s’arrête lorsque la quasi-totalité du tensioactif introduit couvre la surface des particules formées. La Figure 1 présente l’organisation schématique du système au début du processus
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