Stérilisation sans biocide et dispersion des revêtements à base d’eau

Les revêtements à base d’eau sont largement utilisés car ils permettent des formulations à faible teneur en COV, une manipulation plus sûre et une production plus durable. Dans le même temps, leur teneur en eau les rend très sensibles à la contamination microbienne. Bactéries, levures et moisissures peuvent pénétrer dans le produit par les matières premières, les cuves, les canalisations, les systèmes de remplissage ou l’exposition à l’environnement ambiant pendant la fabrication et le stockage. Une fois la contamination survenue, les micro-organismes peuvent proliférer rapidement et compromettre à la fois la qualité du produit et sa durée de conservation.
C’est pourquoi la stabilité microbienne est un facteur de qualité critique pour les peintures, revêtements, encres et dispersions pigmentaires à base d’eau.

La sonication combine dispersion des pigments et contrôle microbien en un seul procédé industriel

Traditionnellement, les fabricants s’appuient sur des conservateurs et des biocides de conservation en pot pour maîtriser l’altération. Cependant, la pression réglementaire croissante et la demande grandissante de formulations plus propres stimulent la recherche d’alternatives. La sonication à haute intensité offre une solution très efficace en permettant la dispersion et la stérilisation simultanées en une seule étape de procédé.
Pour les fabricants de revêtements, cela signifie que le traitement par ultrasons n’est pas seulement une technologie de dispersion. C’est aussi un outil de procédé performant pour améliorer la stabilité microbiologique tout en soutenant des stratégies de formulation à faible teneur en biocides ou sans biocides.

Pourquoi la stabilité microbienne est critique sur le plan industriel pour les peintures à base d’eau

La contamination microbienne affecte directement la qualité du produit et la fiabilité du procédé : la stabilité microbienne des peintures revêt une importance industrielle majeure, car la croissance microbienne peut provoquer toute une série de défauts du produit et de problèmes de production. Les formulations à base d’eau contiennent souvent des ingrédients organiques tels que des liants, des dispersants, des agents mouillants, des épaississants et des antimousses. Ces composants peuvent créer un environnement favorable à la croissance microbienne si une contamination est introduite pendant la transformation ou le stockage.

Dans la pratique industrielle, un contrôle microbien insuffisant peut entraîner :

• dérive de la viscosité et variations du pH
• formation de gaz et gonflement des contenants
• odeur nauséabonde et décoloration
• stabilité au stockage réduite
• défauts de film et comportement d’application irrégulier
• pour les bains d’immersion – fréquence de nettoyage accrue et temps d’arrêt liés à la contamination

L’altération microbienne n’endommage pas seulement le produit. Elle peut aussi engendrer des problèmes d’hygiène récurrents dans les cuves, les canalisations et les boucles de recirculation, entraînant des pertes de production, des reprises, des réclamations clients et des coûts d’élimination. C’est pourquoi la stabilité microbienne n’est pas une propriété secondaire. C’est une exigence fondamentale pour des revêtements à base d’eau commercialement performants.

Comment fonctionne la sonication dans les revêtements à base d’eau

La cavitation acoustique génère un cisaillement intense et, par là même, une destruction microbienne : les ultrasons de haute puissance agissent par cavitation acoustique. Lorsque des ondes ultrasonores traversent un liquide, des bulles microscopiques se forment, croissent et implosent. Ces événements de cavitation génèrent des forces de cisaillement très localisées, des turbulences, des variations de pression et des micro-jets.
Dans les revêtements à base d’eau, ces effets de cavitation sont précieux car ils agissent simultanément sur les particules et sur les micro-organismes. Les agglomérats de pigments sont efficacement fragmentés en particules plus fines, tandis que les cellules microbiennes sont endommagées mécaniquement et inactivées. La sonication est donc particulièrement intéressante pour les formulations dans lesquelles la qualité de dispersion et la stabilité microbienne sont toutes deux essentielles.

Une seule étape de procédé assure deux fonctions essentielles

Au lieu de traiter la dispersion des pigments et le contrôle microbien comme des tâches distinctes, la sonication les combine en une seule opération. Ce double effet offre un net avantage industriel.

La même énergie ultrasonore qui désagglomère les amas de pigments et disperse uniformément les particules peut également réduire la charge microbienne viable dans le revêtement. En conséquence, la sonication favorise :

• une dispersion des pigments plus fine et plus uniforme
• une force colorante et une constance optique améliorées
• une contamination microbienne réduite pendant la transformation
• une meilleure stabilité au stockage des produits à base d’eau
• une moindre dépendance aux conservateurs et aux biocides de conservation en pot

La sonication est donc très pertinente pour le développement de systèmes de revêtement plus durables et à étiquetage plus épuré (« cleaner label »).

Dioxyde de silicium dispersé par ultrasons : courbe rouge – non traité ; courbe verte : après dispersion par ultrasons

Avantages de la dispersion et de la stérilisation simultanées des pigments de peinture

1. Une meilleure qualité de dispersion améliore les performances du revêtement
   Les pigments et les charges forment souvent des agglomérats difficiles à briser lorsque l’énergie mécanique est insuffisante. La sonication fournit un cisaillement intense et ciblé, ce qui la rend très efficace pour la désagglomération et la réduction de la taille des particules. Une dispersion plus fine peut améliorer plusieurs caractéristiques de performance du revêtement final, notamment le développement de la couleur, l’opacité, la brillance et la stabilité à long terme.
2. La stérilisation simultanée favorise la réduction des biocides
   Dans le même temps, la cavitation ultrasonore peut endommager les cellules microbiennes présentes dans la phase liquide. Cela réduit la contamination dans le flux de produit et contribue à améliorer la stabilité microbienne sans recourir exclusivement à la conservation chimique. Pour les fabricants qui visent des systèmes à faible teneur en biocides ou sans biocides, c’est un avantage de procédé significatif.
3. L’intensification des procédés réduit la complexité
   Combiner deux objectifs clés du procédé en une seule étape en ligne simplifie la production. Au lieu d’ajouter des étapes de traitement distinctes pour la dispersion et le contrôle microbien, les fabricants de revêtements peuvent intégrer les deux dans un seul procédé de sonication contrôlé. Cela réduit les manipulations, favorise une production plus propre et améliore la reproductibilité.

Pourquoi le traitement sans biocide gagne en importance

Les exigences réglementaires, environnementales et du marché redéfinissent les stratégies de formulation
L’évolution vers des revêtements à faible teneur en biocides et sans biocides est motivée par plusieurs facteurs industriels. Les cadres réglementaires deviennent plus stricts, les attentes environnementales augmentent et les clients demandent des produits plus sûrs et plus durables, contenant moins de substances préoccupantes.
Dans ce contexte, les technologies de procédé physiques gagnent en importance stratégique. La sonication est particulièrement intéressante car elle ne se contente pas de remplacer un additif par un autre. Elle introduit un principe de traitement non chimique qui améliore à la fois la dispersion et la stabilité microbienne grâce à l’énergie mécanique.

Pour les formulateurs et les responsables de production, cela offre plusieurs avantages :

• soutien à des concepts de produits plus durables
• dépendance réduite aux conservateurs conventionnels
• hygiène des procédés améliorée
• meilleur positionnement pour la prochaine génération de revêtements à base d’eau

Pourquoi les sonicateurs Hielscher sont la meilleure solution pour la production industrielle de revêtements

Un contrôle précis pour des conditions de traitement reproductibles

Les sonicateurs Hielscher sont conçus pour le contrôle des procédés industriels. Dans la production de revêtements, un contrôle précis des paramètres de sonication est essentiel, car le comportement de la formulation dépend du type de pigment, de la teneur en matières solides, de la viscosité, de la température, du débit et de l’intensité du traitement.

Les systèmes Hielscher permettent un réglage précis de paramètres de procédé importants tels que :

• amplitude
• pression
• débit / temps de séjour
• température
• apport d’énergie

Cette précision permet aux fabricants d’optimiser la dispersion des pigments, améliorant ainsi la qualité de la formulation et permettant une réduction microbienne reproductible.

Images MEB de cellules végétatives de B. subtilis avant (a) et après irradiation ultrasonore pendant 30 min (b), (c).
Étude et image : © Hashimoto et al., 2020

Cellules à circulation pressurisables pour une sonication intensifiée

Une pression élevée augmente l’intensité de la cavitation
Un avantage clé de la technologie Hielscher est l’utilisation de réacteurs à cellule à circulation pressurisables. La pression a un effet important sur le comportement de la cavitation. Sous pression élevée, la cavitation devient plus intense et plus efficace, ce qui est particulièrement précieux pour les dispersions exigeantes et l’inactivation microbienne en continu.

Les cellules à circulation pressurisables favorisent :

• un traitement ultrasonore intensifié
• une désagglomération plus efficace
• une efficacité de procédé améliorée

Pour les installations industrielles de revêtements, cela signifie que le traitement ultrasonore peut être ajusté non seulement pour la faisabilité à l’échelle du laboratoire, mais aussi pour la capacité de production réelle et les exigences du produit.

Traitement en ligne pour une fabrication en continu

La sonication peut être intégrée directement dans la ligne de production
Les sonicateurs Hielscher sont parfaitement adaptés au traitement en ligne. Les revêtements à base d’eau peuvent ainsi être traités en continu lors de leur passage dans le système de production. La sonication en ligne s’intègre bien dans la fabrication industrielle, car elle évite les manipulations inutiles par lots et peut être intégrée dans des boucles de transfert, des systèmes de recirculation ou des lignes de procédé dédiées.

Le traitement en ligne offre des avantages opérationnels évidents :

• traitement continu dans des conditions définies
• intégration aisée dans les installations existantes
• manipulation manuelle réduite
• efficacité et constance du procédé améliorées

Pour les fabricants de revêtements, la sonication devient ainsi une technologie de production pratique.

TiO2 séché par atomisation avant et après broyage par ultrasons

Évolutivité linéaire du laboratoire à la production industrielle

Les paramètres de procédé peuvent être transférés de manière fiable d’une échelle à l’autre
La mise à l’échelle est un enjeu critique du développement de procédés. Les systèmes à ultrasons Hielscher sont conçus pour une évolutivité linéaire, ce qui signifie que les conditions de procédé établies à l’échelle du laboratoire ou de l’unité pilote peuvent être transposées systématiquement à la production industrielle.
C’est particulièrement important pour les entreprises qui développent des revêtements innovants à faible teneur en biocides, car cela réduit les risques lors de la mise en œuvre et contribue à accélérer la commercialisation.

Les avantages de l’évolutivité linéaire comprennent :

• un développement de procédé simplifié
• un transfert fiable de la R&D à la production
• des performances prévisibles à des capacités de traitement plus élevées
• une incertitude réduite lors de la mise à l’échelle

Nettoyage facile et conception hygiénique des procédés

La facilité de nettoyage compte lorsque la stabilité microbienne est l’objectif
Si le contrôle microbien est un objectif clé du procédé, l’hygiène des équipements devient encore plus importante. Les sonicateurs Hielscher sont conçus pour un nettoyage industriel pratique et une intégration simple dans des environnements de procédé hygiéniques.

Le nettoyage facile aide les fabricants à :

• réduire les risques de contamination dans les équipements
• stopper la croissance microbienne
• réduire les efforts de nettoyage et de maintenance
• améliorer la fiabilité du procédé au fil des cycles de production répétés

Dans les revêtements à base d’eau, où la contamination peut persister dans les cuves, les zones mortes et les systèmes de transfert, des équipements à ultrasons faciles à nettoyer contribuent directement à la stabilité du produit et à la robustesse opérationnelle.

La peinture à la craie soniquée sur le grindomètre démontre la désagglomération et la distribution granulométrique parfaitement uniformes des pigments

Des résultats reproductibles pour l’assurance qualité industrielle

La constance est essentielle pour les fabricants de revêtements
La production industrielle de peintures exige des résultats de procédé hautement reproductibles. Les propriétés optiques, la rhéologie, la durée de conservation et la stabilité microbiologique doivent rester constantes d’un lot à l’autre et sur de longues périodes de production.

Les sonicateurs Hielscher offrent des conditions ultrasonores reproductibles qui favorisent :

• une dispersion uniforme des pigments
• une réduction stable de la taille des particules
• un traitement microbien constant
• une qualité de produit fiable d’une série de production à l’autre

Cette reproductibilité est essentielle pour la validation des procédés, l’assurance qualité et l’adoption industrielle de la technologie ultrasonore.

La sonication, une technologie stratégique pour les revêtements modernes à base d’eau

L’industrie des revêtements évolue vers des formulations plus durables, moins chargées en additifs dangereux et plus robustes en termes de performances. La sonication s’inscrit exceptionnellement bien dans cette orientation, car elle répond simultanément à deux défis majeurs de la production : la nécessité d’une dispersion efficace des pigments et celle de la stabilité microbienne.
En combinant ces fonctions en une seule étape de procédé, la sonication aide les fabricants à simplifier la production, à améliorer la qualité des revêtements et à réduire leur dépendance aux systèmes de conservation conventionnels. Le traitement ultrasonore est donc très intéressant pour les peintures pour le bâtiment, les revêtements industriels, les dispersions fonctionnelles, les encres et les systèmes à base d’eau apparentés.
Les sonicateurs Hielscher fournissent la plateforme industrielle nécessaire pour mettre en œuvre cette stratégie dans la pratique. Leur contrôle précis, leurs cellules à circulation pressurisables, leur capacité de traitement en ligne, leur évolutivité linéaire, leur facilité de nettoyage et leurs résultats reproductibles les rendent particulièrement adaptés à la production de peintures et de revêtements.

Profitez de la dispersion et de la stérilisation des revêtements par ultrasons

La stérilisation sans biocide et la dispersion des revêtements à base d’eau par sonication constituent une approche très prometteuse pour la fabrication moderne de peintures. La sonication améliore la dispersion des pigments, réduit la charge microbienne et favorise une meilleure stabilité du produit en un seul procédé intégré. Cette combinaison est particulièrement précieuse dans une industrie soumise à une pression croissante pour réduire les conservateurs tout en maintenant une qualité de produit et une efficacité de procédé élevées.
Pour les fabricants de peintures et de revêtements à base d’eau, les sonicateurs Hielscher offrent une solution pratique et éprouvée industriellement. Leur contrôlabilité du procédé, leur intégration en ligne, leur conception intensifiée de cellule à circulation, leur évolutivité, leur facilité de nettoyage hygiénique et leurs performances reproductibles en font un excellent choix pour la dispersion et la stérilisation simultanées des pigments de peinture.

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos appareils à ultrasons :

Conception, fabrication et conseil – Qualité Made in Germany

Les appareils à ultrasons Hielscher sont réputés pour leurs normes de qualité et de conception les plus élevées. Leur robustesse et leur facilité d’utilisation permettent une intégration harmonieuse de nos appareils à ultrasons dans les installations industrielles. Les appareils à ultrasons Hielscher font face sans difficulté aux conditions rudes et aux environnements exigeants.

Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO qui accorde une importance particulière aux appareils à ultrasons haute performance alliant technologie de pointe et convivialité. Bien entendu, les appareils à ultrasons Hielscher sont conformes CE et répondent aux exigences UL, CSA et RoHs.

Bibliographie / Références

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