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25 november 2013 | La Revue POLYTECHNIQUE 09/2013 | Treatment of surfaces

L’avenir de la polymérisation sous faisceau d’électrons (EBC)

David Helsby*

Le procédé EBC (Electron Beam Curing) est une technique présentant certaines possibilités et avantages pour le durcissement des vernis. Ce système de traitement de surfaces, utilisant un faisceau d’électrons sous vide qui induit une réticulation dans la couche de revêtement à appliquer, implique une polymérisation radicalaire, un phénomène bien connu en chimie organique.
Les premières expériences menées autour des faisceaux d’électrons ont commencé en 1920 déjà aux Etats-Unis, mais ce n’est qu’en 1960 que l’on a tenté, pour la première fois, de faire durcir des vernis par le procédé EBC (Electron Beam Curing), constitué d’un faisceau d’électrons, qui induit une réticulation dans une couche de revêtement appliquée, ce qui implique en fait une polymérisation radicalaire, telle que nous la connaissons en chimie organique. Cette réticulation n’est possible que si le vernis contient des doubles liaisons sous la forme de groupes éthylène, propylène, vinyle ou acrylate, par exemple. Ces derniers sont particulièrement utilisés pour leur association de propriétés.
 
 
L’accélération des électrons dans un champ électrique
Les électrons sont générés par conduction d’un courant électrique à travers un filament de tungstène, puis accélération de celui-ci dans un champ électrique appliqué. Cette opération s’effectue dans une enceinte sous vide, fermée par une fenêtre constituée d’une feuille en titane, perméable aux électrons. La technique se prête essentiellement à l’exposition de produits sur des surfaces planes, bien que la portée des électrons soit suffisante pour traiter une certaine hauteur de profil.
Le produit sur lequel le vernis ou l’encre sont appliqués est ensuite dirigé sous la fenêtre en titane pour y être exposé au faisceau. Une atmosphère inerte est nécessaire parce que la présence d’oxygène provoque l’apparition d’un certain nombre de liaisons réactives indésirables dans la couche. On se sert, à cet effet, d’azote à 99,98 % de pureté au moins, soit une teneur en oxygène de moins de 200 ppm.
 
La dose et la densité d’énergie
Le procédé EBC connaît essentiellement deux variables: la dose et la densité d’énergie des électrons. La dose, qui est la quantité d’électrons bombardant le vernis, dépend de la température du filament, fonction de l’intensité de courant et/ou de la tension. La dose détermine la vitesse de réticulation ou le degré de réticulation, qui peut être obtenu en combinaison avec un certain débit.
Le champ électrique à haute tension qui est appliqué détermine l’énergie des électrons et, dès lors, leur profondeur de pénétration dans l’encre ou le vernis à durcir. Pour les vernis et les encres, une tension de 70 à 300 kV est généralement adéquate. Elle donne une profondeur de pénétration d’environ 15 et 500 µm respectivement, encore que celle-ci dépende aussi de la densité du revêtement. Il est important de bien régler la tension, parce que si elle est trop basse, la couche de revêtement ne durcit pas en profondeur, et si elle est trop élevée, le support risque d’être inutilement influencé, ce qui, en plus de consommer inutilement de l’énergie, risque de provoquer une décoloration.
 
Une faible consommation d’énergie sans rejets
Le procédé EBC présente un certain nombre d’avantages significatifs par rapport aux peintures humides et aux vernis en poudre. En effet, il ne fait intervenir aucun solvant organique ou autre, ce qui le rend respectueux de l’environnement, sans émissions de CO2. Pour pouvoir utiliser les matériaux pour les procédés d’enduction, on ajoute uniquement, comme «solvants», des polyéthylènes glycols (PEG), acrylates de propylène glycol (PGA) ou autres composés de faible masse moléculaire. La faible consommation d’énergie constitue un autre avantage. Si des questions comme le refroidissement interviennent dans les calculs, les différences sont considérables. Les émissions de CO2sont également moindres. En outre, les réactions de réticulation avec le procédé EBC sont rapides et complètes. La résistance aux rayures, la résistance chimique, ainsi que la solidité des couleurs sont d’autres avantages.
 
La levée des barrières initiales à l’adoption du procédé EBC
Les coûts initiaux qu’il implique sont un obstacle important à la conversion au procédé EBC. Ceux-ci sont liés à la chambre à vide, à l’alimentation haute tension, ainsi qu’à l’obligation de créer une atmosphère inerte. Mais vu les caractéristiques inégalées de la couche de revêtement ainsi obtenue et compte tenu des aspects écologiques, des questions comme la consommation d’énergie et l’absence de production d’eaux usées et d’émissions gazeuses vont peser d’un poids toujours plus lourd à l’avenir. L’association RadTech Europe se donne pour priorité de faire prendre conscience à l’industrie de la qualité et de la valeur ajoutée intrinsèques du procédé EBC. Le congrès-exposition bisannuel de RadTech Europe, qui se tient cette année du 15 au 17 2013 octobre à Bâle est l’une des plates-formes, présentant en détail cet objectif.
 
À propos de l’association RadTech
RadTech Europe (RTE), association créée en 1988 à Bâle et basée à La Haye, aux Pays-Bas, promeut l’usage et le développement des technologies de polymérisation par rayonnement ultraviolet (UV) et faisceau d’électrons (EB) pour les encres, vernis et adhésifs, dans un grand nombre de segments industriels, tels que ceux des peintures, de l’impression et de l’emballage, ainsi que de l’électronique, en plus d’une kyrielle de nouvelles applications émergentes. Cette association ouvre l’accès à ses membres à une plate-forme collaborative, axée sur le transfert de connaissances dans le cadre d’événements didactiques et de réseautage. Elle défend leurs intérêts en tant qu’organisme représentatif auprès des parties prenantes.
 
 
 

* Président de RadTech Europe