Introduction
Les additifs de surface en silicone sont essentiels dans de nombreuses applications industrielles, telles que la formulation de peintures, d’encres et de revêtements. Leur principal avantage réside dans leur capacité à réduire la tension superficielle, améliorant ainsi le mouillage sur diverses surfaces. De plus, ils offrent des fonctionnalités spécifiques qui optimisent les performances du produit.
Avec plus de 75 ans d’expérience, Concentrol est un leader dans le développement et la fabrication de spécialités chimiques. Tout au long de son histoire, l’entreprise a mis l’accent sur la recherche et l’innovation, fournissant en permanence des solutions chimiques de pointe adaptées aux besoins de ses clients.
Chez Concentrol, nous produisons des copolymères de polydiméthylsiloxane-polyéther, qui constituent la base de nos additifs de surface en silicone. Cette expertise nous permet de concevoir des structures uniques personnalisées pour chaque application, garantissant des performances optimales. Nos copolymères non hydrolysables de polysiloxane et polyéther sont particulièrement résistants dans des conditions extrêmes, offrant une stabilité durable même dans des environnements difficiles.
Qu’est-ce que les tensioactifs en silicone?
Les additifs de surface en silicone appartiennent à une catégorie particulière de tensioactifs, dans laquelle une chaîne hydrophobe (polydiméthylsiloxane, PDMS) est reliée à un ou plusieurs groupes polaires. Les groupes polaires les plus couramment utilisés sont les unités non ioniques d’oxyde d’éthylène (OE) et d’oxyde de propylène (OP), bien que d’autres types existent. La longueur de la chaîne de PDMS (déterminée par les unités x et w) contrôle le poids moléculaire, tandis que l’équilibre entre ces unités détermine le degré de ramification. Les groupes PDMS et polyéther sont reliés par un lien propyle (-CH2CH2CH2-) stable et non hydrolysable, ce qui confère durabilité et stabilité dans diverses applications..
Le ratio entre les unités d’OE (n) et d’OP (m) influence la polarité du segment polyéther, ce qui affecte son interaction avec différentes surfaces. Le nombre total de ces unités détermine le poids moléculaire de l’additif. Un autre facteur crucial est le groupe terminal de la chaîne polyéther, qui peut être un groupe hydroxyle (-OH) ou substitué par d’autres groupes fonctionnels non réactifs. Cela est particulièrement important dans les formulations contenant des produits chimiques réactifs, tels que les isocyanates, où des agents mouillants avec des groupes terminaux non réactifs sont préférés
Lors de l’application sur une surface, le segment non polaire de PDMS s’oriente vers l’air, tandis que la partie polaire interagit avec la phase liquide, donnant à ces copolymères leurs propriétés tensioactives. En réduisant la tension superficielle des liquides, ils diminuent l’angle de contact entre le revêtement et le substrat, améliorant ainsi le mouillage de la surface.
Image 1 : Structure générale d’un copolymère de polydiméthylsiloxane et de polyéther.
Applications et Avantages
Les agents mouillants en silicone sont essentiels dans les formulations destinées aux traitements de surface, tels que les peintures, revêtements, vernis et encres d’impression. Ces additifs sont non toxiques, très efficaces en faibles concentrations et compatibles avec une large gamme de systèmes à base d’eau et de solvants.
Les additifs en silicone de faible poids moléculaire sont particulièrement efficaces pour prévenir les défauts de surface courants, comme les cratères et les yeux de poisson. Ils améliorent également le nivellement et réduisent de manière significative la tension superficielle, ce qui les rend idéaux pour les formulations à base d’eau ou les surfaces difficiles à mouiller. Ces additifs sont couramment utilisés dans les systèmes nécessitant l’application de couches multiples de revêtement.
Les additifs de poids moléculaire moyen et élevé sont tout aussi importants pour prévenir les défauts de surface, bien que leur impact sur la tension superficielle soit modéré. Ces additifs améliorent le flux et le nivellement de la formulation en général. De plus, ils modifient les propriétés de surface, augmentant la brillance, améliorant le glissement et augmentant la résistance à l’abrasion. Les défauts de surface dans les revêtements proviennent souvent des différences de tension superficielle entre les matériaux. Pour un mouillage efficace, la tension superficielle du liquide doit être inférieure à l’énergie de surface du substrat. Cela garantit une bonne adhésion et une couverture sans défaut. D’autres problèmes de surface, tels que l’effet peau d’orange, sont causés par l’évaporation du solvant ou le processus de durcissement du revêtement, ce qui crée des déséquilibres de tension superficielle.
TENSION SUPERFICIELLE
La tension superficielle est l’énergie nécessaire pour augmenter la surface d’un liquide sur une zone donnée, résultant des forces intermoléculaires entre les molécules de surface du liquide. Les liquides présentant des forces intermoléculaires fortes ont une tension superficielle élevée.
Il existe différentes méthodes pour mesurer la tension superficielle, l’une des plus courantes étant l’anneau de Du Noüy, qui mesure la tension superficielle statique du liquide. Cependant, dans les processus dynamiques comme le revêtement par rouleau ou l’impression, il est plus utile de mesurer la tension superficielle dynamique. Cela peut être réalisé avec la méthode de pression de bulle, où des bulles sont générées à différentes fréquences dans un liquide, et la pression nécessaire pour former ces bulles est directement liée à la tension superficielle du liquide..
Dans les liquides purs, la tension superficielle reste constante, quelle que soit la durée de vie des bulles. Cependant, en présence de tensioactifs, la tension superficielle dépend de la vitesse à laquelle les molécules du tensioactif se déplacent vers la nouvelle surface créée, c’est pourquoi la tension superficielle dynamique varie en fonction de la durée de vie des bulles. Chez Concentrol, nos laboratoires de R&D sont équipés de tensiomètres à pression de bulle avancés, capables de mesurer la tension superficielle dynamique sur une large plage de durées de bulles, de 15 millisecondes à 100 secondes. Cet équipement nous permet d’observer le
comportement des différents agents mouillants et de prédire leurs performances dans divers systèmes de revêtement, soutenant ainsi le développement d’additifs innovants.
Considératios réglamentaires – Additifs sans SVHC
Depuis juin 2018 (ED/61/2018), les additifs en silicone contenant plus de 0,1 % de silicones cycliques D4, D5 ou D6 doivent être déclarés comme substances extrêmement préoccupantes (SVHC) dans les fiches de
données de sécurité européennes. Concentrol propose des additifs de surface en silicone avec des niveaux réduits de silicones cycliques, grâce à une étape supplémentaire de purification dans le processus de production. Ce processus garantit que nos additifs contiennent moins de 0,1 % de D4, D5 et D6, ce qui permet à notre gamme ORDISOL de ne pas nécessiter d’étiquetage SVHC.
De plus, la plupart de nos additifs en silicone sont conformes aux réglementations de la FDA concernant le contact alimentaire, et beaucoup répondent également aux exigences du Chapitre XV de BfR et au Règlement (UE) N° 10/2011.
Recherche et développement dans les additifs de surface en silicone
La famille ORDISOL offre une large gamme d’additifs de surface en silicone, apportant des solutions optimales aux formulateurs cherchant à améliorer les propriétés de surface de leurs produits. Ces additifs sont des silicones organofonctionnelles composées de copolymères non hydrolysables de polysiloxane et polyéther, garantissant une excellente stabilité dans des conditions extrêmes telles que des températures élevées ou des environnements corrosifs. Cette gamme de produits se divise en deux catégories principales:
- Additifs de mouillage de substrat et anti-cratères ( (ORDISOL SWT)
- Additifs de contrôle de surface (SLP)
ADDITIFS DE MOUILLAGE DE SUBSTRAT EN ANTI-CRATÈRES (ORDISOL SWT)
Sont spécialement conçus pour les encres d’impression et les systèmes à base d’eau, où il est nécessaire de réduire drastiquement la tension superficielle. Dans ces revêtements, la tension superficielle élevée de l’eau rend le mouillage difficile. Concentrol propose des additifs dans cette gamme capables de réduire la tension superficielle de l’eau à près de 20 mN/m, améliorant considérablement le nivellement et réduisant les cratères sur les surfaces contaminées.
Deux nouveaux produits ont récemment été ajoutés à cette gamme :
- ORDISOL SWT-28. Développé pour les systèmes à base d’eau, les encres d’impression et les vernis de sur impression, il offre une forte réduction de la tension superficielle tout en améliorant le mouillage et le nivellement. Il est adapté aux systèmes sans cosolvants organiques.
- ORDISOL SWT-49. Conçu pour les systèmes à base d’eau et les adhésifs, cet additif améliore le nivellement et le flux, réduit la tension superficielle et génère très peu de mousse dans tous les systèmes.
ADDITIFS DE CONTRÔLE DE SURFACE (ORDISOL SLP)
Sont idéaux pour les systèmes à base de solvants, sans solvants et à base d’eau. Ces additifs améliorent le nivellement, le flux et la résistance aux cratères, tout en modifiant les propriétés de surface, améliorant ainsi les caractéristiques mécaniques comme la résistance aux rayures ou à l’abrasion
Un nouvel ajout à cette gamme est ORDISOL SLP-35, un additif universel qui offre un bon effet anti-cratères et améliore le glissement de surface. Il augmente également la résistance aux rayures et rehausse la brillance, avec un léger effet anti-moussant, stabilisant beaucoup moins la mousse que d’autres additifs de copolymères polysiloxane-polyéther.
Concentrol s’engage à offrir la solution idéale pour chaque client. Notre département de développement expérimente constamment des formulations innovantes, garantissant que nous restons à la pointe de l’industrie chimique, reconnue comme une entreprise leader.
