Revêtements pour bois durcissables aux UV : Réponses aux questions de l’industrie

Par Lawrence (Larry) Van Iseghem est président-directeur général de Van Technologies, Inc.

Dans le cadre de nos collaborations avec des clients industriels à l'international, nous avons répondu à un nombre considérable de questions et proposé de nombreuses solutions concernant les revêtements polymérisables aux UV. Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des questions les plus fréquentes, ainsi que les réponses qui les accompagnent.

1. Que sont les revêtements durcissables aux UV ?

Dans l'industrie de la finition du bois, il existe trois principaux types de revêtements durcissables aux UV.

Les revêtements 100 % actifs (parfois appelés revêtements 100 % solides) durcissables aux UV sont des compositions chimiques liquides ne contenant ni solvant ni eau. Dès leur application, ils sont exposés aux rayons UV sans séchage ni évaporation préalables. La composition du revêtement réagit pour former une couche superficielle solide par un processus réactif appelé photopolymérisation. L'absence d'évaporation avant durcissement rend l'application et le processus de durcissement particulièrement efficaces et économiques.

Les revêtements hybrides à polymérisation UV, qu'ils soient à base d'eau ou de solvant, contiennent soit de l'eau, soit un solvant afin de réduire leur teneur en matière active (ou solide). Cette réduction facilite le contrôle de l'épaisseur du film humide appliqué et/ou de la viscosité du revêtement. Appliqués sur les surfaces en bois par diverses méthodes, ces revêtements UV doivent être parfaitement secs avant polymérisation UV.

Les revêtements en poudre durcissables aux UV sont composés à 100 % de matières solides et sont généralement appliqués sur des substrats conducteurs par attraction électrostatique. Une fois appliqué, le substrat est chauffé pour faire fondre la poudre, qui s'écoule pour former un film de surface. Le substrat revêtu peut alors être immédiatement exposé aux UV pour faciliter le durcissement. Le film de surface ainsi obtenu est indéformable et insensible à la chaleur.

Il existe des variantes de ces revêtements polymérisables aux UV qui intègrent un mécanisme de polymérisation secondaire (activation thermique, réaction à l'humidité, etc.) permettant une polymérisation sur des zones de surface non exposées aux UV. Ces revêtements sont généralement appelés revêtements à double polymérisation.

Quel que soit le type de revêtement durcissable aux UV utilisé, la finition ou la couche de surface finale offre des propriétés exceptionnelles de qualité, de durabilité et de résistance.

2. Dans quelle mesure les revêtements durcissables aux UV adhèrent-ils aux différentes essences de bois, y compris les bois huileux ?

Les revêtements polymérisables aux UV présentent une excellente adhérence à la plupart des essences de bois. Il est important de veiller à ce que les conditions de polymérisation soient suffisantes pour assurer un durcissement complet et une adhérence optimale au support.

Certaines essences de bois sont naturellement très huileuses et peuvent nécessiter l'application d'un primaire d'adhérence, ou « couche de liaison ». Van Technologies a mené d'importants travaux de recherche et développement sur l'adhérence des revêtements polymérisables aux UV sur ces essences. Parmi les développements récents figure un scellant unique polymérisable aux UV qui empêche les huiles, la sève et la résine de nuire à l'adhérence de la couche de finition.

Il est également possible d'éliminer l'huile présente à la surface du bois juste avant l'application du revêtement, en la nettoyant avec de l'acétone ou un autre solvant approprié. Un chiffon absorbant non pelucheux est d'abord imbibé de solvant, puis passé sur la surface du bois. Après séchage, le revêtement polymérisable aux UV peut être appliqué. L'élimination de l'huile et autres contaminants favorise l'adhérence du revêtement au bois.

3. Quels types de taches sont compatibles avec les revêtements UV ?

Chacune des teintures décrites ici peut être efficacement scellée et recouverte d'une couche de finition grâce à des systèmes de polymérisation UV à 100 %, à polymérisation UV à teneur réduite en solvants, à polymérisation UV en phase aqueuse ou à poudre polymérisable aux UV. De ce fait, de nombreuses combinaisons sont possibles, rendant la plupart des teintures disponibles sur le marché compatibles avec n'importe quel revêtement polymérisable aux UV. Il convient toutefois de prendre en compte certains points essentiels afin de garantir une compatibilité optimale et une finition de qualité pour le bois.

Taches à base d'eau et taches à base d'eau durcissables aux UV :Lors de l'application de vernis de finition/scellants polymérisables aux UV (à 100 %, à teneur réduite en solvants ou en poudre) sur des taches à base d'eau, il est essentiel que ces dernières soient parfaitement sèches afin d'éviter tout défaut d'uniformité du revêtement, comme l'effet peau d'orange, les yeux de poisson, les cratères, les accumulations et les flaques. Ces défauts sont dus à la faible tension superficielle du revêtement appliqué par rapport à la tension superficielle résiduelle élevée de l'eau provenant de la tache.

L'application d'un revêtement à base d'eau polymérisable aux UV est généralement plus tolérante. La teinture appliquée peut présenter une humidité résiduelle sans conséquence néfaste, notamment avec certains scellants/finitions à base d'eau polymérisables aux UV. L'humidité résiduelle ou l'eau provenant de l'application de la teinture se diffusera facilement à travers le scellant/finition appliqué pendant le séchage. Il est toutefois fortement conseillé de tester toute combinaison de teinture et de scellant/finition sur un échantillon représentatif avant de l'appliquer sur la surface définitive.

Taches à base d'huile et de solvants :Bien qu'il existe des systèmes applicables aux teintures à base d'huile ou de solvants insuffisamment sèches, il est généralement nécessaire, et fortement recommandé, de les laisser sécher complètement avant l'application de tout scellant ou couche de finition. Les teintures à séchage lent de ce type peuvent nécessiter jusqu'à 24 à 48 heures (voire plus) pour sécher totalement. Il est donc conseillé de tester le système sur une surface de bois représentative.

Taches 100 % durcissables aux UV :En général, les revêtements polymérisables à 100 % aux UV présentent une résistance chimique et à l'eau élevée une fois complètement polymérisés. Cette résistance rend difficile l'adhérence des revêtements appliqués ultérieurement, à moins que la surface sous-jacente polymérisée aux UV ne soit suffisamment abrasée pour permettre une liaison mécanique. Bien que des teintures polymérisables à 100 % aux UV conçues pour recevoir des revêtements ultérieurs soient disponibles, la plupart nécessitent une abrasion ou une polymérisation partielle (étape « B » ou polymérisation par à-coups) pour favoriser l'adhérence entre les couches. L'étape « B » crée des sites réactifs résiduels dans la couche de teinture qui réagiront avec le revêtement polymérisable aux UV appliqué lors de sa polymérisation complète. L'étape « B » permet également une légère abrasion pour éliminer les éventuelles irrégularités de grain dues à l'application de la teinture. L'application d'un scellant ou d'une couche de finition lisse garantit une excellente adhérence entre les couches.

Un autre problème lié aux teintures 100 % polymérisables aux UV concerne les couleurs foncées. Les teintures fortement pigmentées (et les revêtements pigmentés en général) donnent de meilleurs résultats avec des lampes UV émettant une énergie plus proche du spectre de la lumière visible. Les lampes UV conventionnelles dopées au gallium, associées à des lampes à mercure standard, constituent un excellent choix. Les lampes LED UV émettant à 395 nm et/ou 405 nm sont plus performantes avec les systèmes pigmentés que celles émettant à 365 nm et 385 nm. De plus, les systèmes de lampes UV délivrant une puissance UV plus élevée (mW/cm²) sont plus adaptés.²) et la densité d'énergie (mJ/cm²) favoriser un meilleur séchage grâce à la couche de teinture ou de revêtement pigmenté appliquée.

Enfin, comme pour les autres systèmes de teinture mentionnés ci-dessus, il est conseillé de faire un essai préalable sur la surface à teindre et à finir. Assurez-vous du résultat avant le séchage complet !

4. Quelle est l'épaisseur de film maximale/minimale pour les revêtements UV à 100 % ?

Les revêtements en poudre à polymérisation UV sont, techniquement parlant, des revêtements 100 % polymérisables aux UV. Leur épaisseur est limitée par les forces d'attraction électrostatiques qui lient la poudre à la surface à traiter. Il est fortement conseillé de consulter le fabricant du revêtement.

Concernant les revêtements liquides polymérisables à 100 % par UV, l'épaisseur du film humide appliqué correspond approximativement à l'épaisseur du film sec après polymérisation UV. Un léger retrait est inévitable, mais généralement sans conséquence. Cependant, certaines applications techniques exigent des tolérances d'épaisseur de film très strictes. Dans ce cas, une mesure directe de l'épaisseur du film polymérisé permet de corréler l'épaisseur du film humide à celle du film sec.

L'épaisseur finale après polymérisation dépend de la chimie du revêtement durcissable aux UV et de sa formulation. Certains systèmes permettent des dépôts de couches très fines, de 5 à 15 µm (0,2 à 0,5 mil), tandis que d'autres peuvent atteindre des épaisseurs supérieures à 12 mm (0,5 pouce). Généralement, les revêtements durcissables aux UV à forte densité de réticulation, comme certaines formulations d'acrylate d'uréthane, ne permettent pas d'obtenir une épaisseur importante en une seule couche. Le retrait lors de la polymérisation provoque alors de fortes fissures dans les revêtements trop épais. Il est toutefois possible d'obtenir une épaisseur de finition importante avec des revêtements durcissables aux UV à forte densité de réticulation en appliquant plusieurs couches fines et en procédant à un ponçage et/ou à une étape de séchage intermédiaire (« B ») entre chaque couche afin de favoriser l'adhérence.

Le mécanisme de polymérisation réactive de la plupart des revêtements durcissables aux UV est dit « à radicaux libres ». Ce mécanisme est sensible à l'oxygène de l'air, qui ralentit ou inhibe la polymérisation. Ce ralentissement, souvent appelé inhibition par l'oxygène, est particulièrement important pour l'obtention de films très minces. Dans les films minces, le rapport surface/volume du revêtement appliqué est relativement élevé comparé aux films épais. Par conséquent, les films minces sont beaucoup plus sensibles à l'inhibition par l'oxygène et polymérisent très lentement. Souvent, la surface reste insuffisamment polymérisée et présente un toucher huileux ou gras. Pour contrer l'inhibition par l'oxygène, des gaz inertes tels que l'azote et le dioxyde de carbone peuvent être injectés sur la surface pendant la polymérisation afin de réduire la concentration d'oxygène et permettre ainsi une polymérisation complète et rapide.

5. À quel point un revêtement UV transparent est-il transparent ?

Les vernis 100 % polymérisables aux UV offrent une clarté exceptionnelle et rivalisent avec les meilleurs vernis transparents du marché. Appliqués sur bois, ils révèlent toute la beauté et la profondeur de l'image. Les systèmes d'acrylate d'uréthane aliphatique, remarquablement clairs et incolores sur une grande variété de surfaces, dont le bois, sont particulièrement intéressants. De plus, les vernis d'acrylate de polyuréthane aliphatique sont très stables et résistent à la décoloration avec le temps. Il est important de noter que les vernis mats diffusent davantage la lumière que les vernis brillants et sont donc moins clairs. Cependant, comparés aux autres types de vernis, les vernis 100 % polymérisables aux UV sont au moins aussi performants, voire plus.

Les revêtements à base d'eau durcissables aux UV actuellement disponibles peuvent être formulés pour offrir une clarté, une chaleur et une réactivité exceptionnelles, rivalisant avec les meilleurs systèmes de finition conventionnels. La clarté, la brillance, la réactivité au bois et les autres propriétés fonctionnelles des revêtements durcissables aux UV disponibles sur le marché sont excellentes lorsqu'ils proviennent de fabricants de qualité.

6. Existe-t-il des revêtements colorés ou pigmentés durcissables aux UV ?

Oui, des revêtements colorés ou pigmentés sont facilement disponibles pour tous les types de revêtements polymérisables aux UV, mais plusieurs facteurs sont à prendre en compte pour un résultat optimal. Le premier et le plus important est que certaines couleurs peuvent interférer avec la capacité de l'énergie UV à pénétrer le revêtement appliqué. Le spectre électromagnétique est illustré sur l'image 1 ; on constate que le spectre de la lumière visible est immédiatement adjacent au spectre UV. Le spectre est un continuum sans lignes (longueurs d'onde) de démarcation nettes. Par conséquent, une région se fond progressivement dans la région adjacente. Concernant la lumière visible, certaines études scientifiques la situent entre 400 nm et 780 nm, tandis que d'autres la situent entre 350 nm et 800 nm. Pour notre propos, il suffit de retenir que certaines couleurs peuvent bloquer efficacement la transmission de certaines longueurs d'onde des UV.

Puisque l'accent est mis sur les longueurs d'onde ou le rayonnement UV, explorons cette région plus en détail. L'image 2 illustre la relation entre la longueur d'onde de la lumière visible et la couleur correspondante qui la bloque efficacement. Il est également important de savoir que les colorants couvrent généralement une gamme de longueurs d'onde, de sorte qu'un colorant rouge peut couvrir une gamme considérable et absorber partiellement les UVA. Par conséquent, les couleurs les plus problématiques se situent dans la gamme jaune-orange-rouge, car elles peuvent nuire à un durcissement efficace.

Non seulement les colorants interfèrent avec le durcissement UV, mais ils doivent également être pris en compte lors de l'utilisation de revêtements pigmentés blancs, tels que les primaires et les peintures de finition durcissables aux UV. Prenons l'exemple du spectre d'absorption du pigment blanc dioxyde de titane (TiO₂), illustré à l'image 3. Le TiO₂ présente une très forte absorption dans toute la gamme UV, et pourtant, les revêtements blancs durcissables aux UV durcissent efficacement. Comment est-ce possible ? La réponse réside dans une formulation soignée réalisée par le concepteur et le fabricant du revêtement, associée à l'utilisation de lampes UV adaptées au durcissement. Les lampes UV conventionnelles couramment utilisées émettent de l'énergie comme illustré à l'image 4.

Chaque lampe illustrée est à base de mercure, mais en dopant le mercure avec un autre élément métallique, l'émission peut se décaler vers d'autres régions spectrales. Dans le cas des revêtements blancs à base de TiO₂ polymérisables aux UV, l'énergie émise par une lampe à mercure standard est fortement bloquée. Certaines longueurs d'onde plus élevées peuvent permettre la polymérisation, mais le temps nécessaire à une polymérisation complète peut s'avérer prohibitif. En revanche, en dopant une lampe à mercure avec du gallium, on obtient une énergie abondante, utilisable dans une région spectrale non bloquée par le TiO₂. L'utilisation combinée des deux types de lampes permet une polymérisation en profondeur (avec une lampe dopée au gallium) et une polymérisation de surface (avec une lampe à mercure standard) (Image 5).

Enfin, les revêtements colorés ou pigmentés durcissables aux UV doivent être formulés en utilisant les photo-initiateurs optimaux afin que l'énergie UV – la gamme de longueurs d'onde de la lumière visible délivrée par les lampes – soit correctement utilisée pour un durcissement efficace.

D'autres questions ?

Pour toute question qui pourrait se poser, n'hésitez jamais à vous adresser au fournisseur actuel ou futur de l'entreprise en matière de revêtements, d'équipements et de systèmes de contrôle des procédés. Des réponses pertinentes sont disponibles pour vous aider à prendre des décisions efficaces, sûres et rentables.

Lawrence (Larry) Van Iseghem est président-directeur général de Van Technologies, Inc. Forte de plus de 30 ans d'expérience dans les revêtements durcissables aux UV, Van Technologies, initialement une société de R&D, s'est rapidement transformée en fabricant de revêtements avancés spécifiques à l'application (Application Specific Advanced Coatings™), destinés aux installations de revêtement industriel du monde entier. Les revêtements durcissables aux UV ont toujours constitué une priorité, de même que d'autres technologies de revêtement écologiques, l'accent étant mis sur des performances égales, voire supérieures, aux technologies conventionnelles. Van Technologies fabrique les revêtements industriels de la marque GreenLight Coatings™ selon un système de gestion de la qualité certifié ISO 9001:2015. Pour plus d'informations, consultez le site web.www.greenlightcoatings.com.