L'objectif principal des dernières décennies a été de réduire la quantité de solvants rejetés dans l'atmosphère. Ces solvants, appelés COV (composés organiques volatils), comprennent tous les solvants que nous utilisons, à l'exception de l'acétone, qui présente une très faible réactivité photochimique et n'est donc pas considérée comme un COV.
Et si l'on pouvait éliminer complètement les solvants tout en obtenant de bons résultats protecteurs et décoratifs avec un minimum d'efforts ?
Ce serait formidable, et c'est possible. La technologie qui rend cela possible s'appelle le durcissement UV. Elle est utilisée depuis les années 1970 pour toutes sortes de matériaux, notamment le métal, le plastique, le verre, le papier et, de plus en plus, le bois.
Les revêtements à polymérisation UV durcissent sous l'effet d'un rayonnement ultraviolet de longueur d'onde nanométrique, juste en dessous du spectre visible. Leurs avantages comprennent une réduction significative, voire une élimination complète, des COV, une diminution des déchets, un encombrement réduit, une manutention et un empilage immédiats (éliminant ainsi le besoin de séchoirs), une réduction des coûts de main-d'œuvre et une cadence de production plus rapide.
Les deux principaux inconvénients sont le coût initial élevé de l'équipement et la difficulté à réaliser des finitions complexes en 3D. De ce fait, le recours au séchage UV est généralement réservé aux grands ateliers fabriquant des objets relativement plats tels que des portes, des panneaux, des revêtements de sol, des moulures et des pièces prêtes à assembler.
Pour bien comprendre les finitions à polymérisation UV, le plus simple est de les comparer aux finitions catalysées classiques que vous connaissez probablement. Comme ces dernières, les finitions à polymérisation UV contiennent une résine pour assurer l'épaisseur, un solvant ou un diluant, un catalyseur pour initier la réticulation et le durcissement, ainsi que des additifs tels que des agents matifiants pour leur conférer des propriétés spécifiques.
On utilise plusieurs résines primaires, notamment des dérivés d'époxy, d'uréthane, d'acrylique et de polyester.
Dans tous les cas, ces résines durcissent de manière très résistante et sont insensibles aux solvants et aux rayures, à l'instar des vernis catalysés (de conversion). De ce fait, les réparations invisibles s'avèrent difficiles si le film durci est endommagé.
Les finitions à polymérisation UV peuvent être composées à 100 % de matières solides à l'état liquide. Autrement dit, l'épaisseur du dépôt sur le bois est identique à celle du revêtement polymérisé. Rien ne s'évapore. Cependant, la résine primaire étant trop épaisse pour une application aisée, les fabricants y ajoutent de plus petites molécules réactives afin de réduire sa viscosité. Contrairement aux solvants, qui s'évaporent, ces molécules ajoutées se réticulent avec les molécules de résine plus grosses pour former le film.
On peut ajouter des solvants ou de l'eau comme diluants lorsqu'on souhaite obtenir une couche plus mince, par exemple pour une couche d'apprêt. Cependant, ils ne sont généralement pas nécessaires pour que la finition soit pulvérisable. Si des solvants ou de l'eau sont ajoutés, il faut les laisser s'évaporer, ou les faire évaporer (au four), avant le début du séchage UV.
Le catalyseur
Contrairement aux vernis catalysés, dont le durcissement commence dès l'ajout du catalyseur, le catalyseur d'une finition à polymérisation UV, appelé « photo-initiateur », reste inactif jusqu'à son exposition à l'énergie des rayons UV. Il déclenche alors une réaction en chaîne rapide qui lie toutes les molécules du revêtement pour former le film.
C’est ce procédé qui confère aux finitions à polymérisation UV leur caractère unique. Elles ne nécessitent pratiquement aucune conservation ni durée de vie en pot. Elles restent liquides jusqu’à leur exposition aux rayons UV, puis polymérisent complètement en quelques secondes. Attention : la lumière du soleil peut accélérer le processus de polymérisation. Il est donc important d’éviter toute exposition directe.
Il est peut-être plus simple de considérer le catalyseur des revêtements UV comme composé de deux éléments plutôt que d'un seul. Il y a d'une part le photo-initiateur déjà présent dans la finition (environ 5 % du liquide), et d'autre part l'énergie de la lumière UV qui déclenche sa réaction. Sans ces deux éléments, rien ne se produit.
Cette caractéristique unique permet de récupérer les excédents de peinture hors de portée des UV et de réutiliser la finition. Le gaspillage est ainsi quasiment éliminé.
La lampe UV traditionnelle est composée d'une ampoule à vapeur de mercure et d'un réflecteur elliptique qui concentre la lumière sur la pièce à traiter. L'objectif est d'optimiser l'effet de la photo-initiation.
Au cours de la dernière décennie, les LED (diodes électroluminescentes) ont commencé à remplacer les ampoules traditionnelles car elles consomment moins d'électricité, durent beaucoup plus longtemps, ne nécessitent pas de temps de chauffe et, grâce à leur spectre lumineux étroit, elles dégagent beaucoup moins de chaleur, source de problèmes. Cette chaleur peut liquéfier les résines du bois, notamment du pin, et il est donc impératif de l'évacuer.
Le processus de polymérisation reste cependant le même. Tout dépend de l'exposition directe au rayonnement. La finition ne polymérise que si la lumière UV l'atteint à une distance fixe. Les zones ombragées ou hors du champ lumineux ne polymérisent pas. Il s'agit là d'une limitation importante de la polymérisation UV actuelle.
Pour polymériser le revêtement sur un objet complexe, même presque plat comme une moulure profilée, les sources lumineuses doivent être disposées de manière à ce qu'elles éclairent chaque surface à une distance fixe, conformément à la formulation du revêtement. C'est pourquoi les objets plats représentent la grande majorité des projets traités avec une finition polymérisée aux UV.
Les deux dispositifs courants pour l'application et le durcissement des revêtements UV sont la ligne plate et la chambre.
Avec le procédé Flat Line, les objets plats ou quasi plats défilent sur un convoyeur sous un système de pulvérisation ou un rouleau, ou encore dans une chambre à vide, puis dans un four si nécessaire pour éliminer les solvants ou l'eau, et enfin sous un ensemble de lampes UV pour le durcissement. Les objets peuvent ensuite être empilés immédiatement.
Dans les chambres de finition, les objets sont généralement suspendus et acheminés par un convoyeur selon les mêmes étapes. Une chambre permet la finition simultanée de toutes les faces et la finition d'objets tridimensionnels simples.
Une autre possibilité consiste à utiliser un robot pour faire pivoter l'objet devant des lampes UV ou à tenir une lampe UV et à déplacer l'objet autour.
Les fournisseurs jouent un rôle clé
Avec les revêtements et équipements à polymérisation UV, la collaboration avec les fournisseurs est encore plus cruciale qu'avec les vernis catalysés. La principale raison réside dans le nombre de variables à coordonner : la longueur d'onde des lampes ou LED et leur distance par rapport aux objets, la formulation du revêtement et la vitesse de la ligne de finition, le cas échéant.
Date de publication : 23 avril 2023
