Stérilisation et dispersion sans biocides de 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. En même temps, leur teneur en eau les rend très sensibles à la contamination microbienne. Les bactéries, les levures et les moisissures peuvent pénétrer dans le produit par les matières premières, les réservoirs, les canalisations, les systèmes de remplissage ou l'exposition ambiante au cours de la fabrication et du 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 essentiel dans les peintures, les revêtements, les encres et les dispersions de pigments à base d'eau.

La sonication combine la dispersion des pigments et le contrôle microbien en un seul processus industriel

Traditionnellement, les fabricants s'appuient sur les conservateurs et les biocides en boîte pour contrôler l'altération des produits. Cependant, l'augmentation de la pression réglementaire et la demande croissante de formulations plus propres conduisent à 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 du processus.
Pour les fabricants de revêtements, cela signifie que le traitement par ultrasons n'est pas seulement une technologie de dispersion. Il s'agit également d'un outil puissant permettant d'améliorer la stabilité microbiologique tout en soutenant des stratégies de formulation à faible teneur en biocides ou sans biocides.

Pourquoi la stabilité microbienne est essentielle pour l'industrie des peintures à base d'eau

La contamination microbienne affecte directement la qualité des produits et la fiabilité des processus : La stabilité microbienne des peintures est d'une importance majeure pour l'industrie, car la croissance microbienne peut entraîner toute une série de défauts 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 au cours du traitement ou du stockage.

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

• la dérive de la viscosité et les changements de pH
• formation de gaz et gonflement du récipient
• odeur nauséabonde et décoloration
• réduction de la stabilité de stockage
• défauts du film et comportement incohérent de l'application
• l'augmentation de la fréquence des nettoyages et des temps d'arrêt liés à la contamination

La détérioration microbienne n'endommage pas seulement le produit. Elle peut également créer des problèmes d'hygiène récurrents dans les réservoirs, les tuyaux et les boucles de recirculation, entraînant des pertes de production, des retouches, des réclamations de la part des clients et des coûts d'élimination. C'est pourquoi la stabilité microbienne n'est pas une propriété secondaire. Il s'agit d'une condition essentielle à la réussite commerciale des revêtements à base d'eau.

Comment la sonication fonctionne-t-elle dans les revêtements à base d'eau ?

La cavitation acoustique crée un cisaillement intense et une perturbation microbienne : Les ultrasons de forte puissance agissent par cavitation acoustique. Lorsque des ondes ultrasoniques traversent un liquide, des bulles microscopiques se forment, grossissent et implosent. Ces phénomènes de cavitation génèrent des forces de cisaillement très localisées, des turbulences, des changements de pression et des microjets.
Dans les revêtements à base d'eau, ces effets sont précieux car ils agissent simultanément sur les particules et les micro-organismes. Les agglomérats de pigments sont décomposés efficacement en particules plus fines, tandis que les cellules microbiennes sont endommagées mécaniquement et inactivées. La sonication est donc particulièrement intéressante pour les formulations où la qualité de la dispersion et la stabilité microbienne sont essentielles.

Une seule étape du processus permet d'assurer deux fonctions essentielles

Au lieu de considérer 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 avantage industriel évident.

La même énergie ultrasonique qui désagglomère les amas de pigments et disperse les particules de manière uniforme peut également réduire la charge microbienne viable dans le revêtement. Par conséquent, la sonication favorise :

• dispersion plus fine et plus uniforme des pigments
• amélioration de la force des couleurs et de la consistance optique
• réduction de la contamination microbienne au cours de la transformation
• amélioration de la stabilité de stockage des produits à base d'eau
• moins de dépendance à l'égard des conservateurs et des biocides en boîte

La sonication est donc très importante pour le développement de systèmes d'enrobage plus durables et plus propres.
 

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

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 avec une énergie mécanique 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
   En même temps, la cavitation ultrasonique peut endommager les cellules microbiennes présentes dans la phase liquide. Cela réduit la contamination dans le flux de produits et contribue à améliorer la stabilité microbienne sans dépendre exclusivement de la préservation chimique. Pour les fabricants qui recherchent des systèmes à faible teneur en biocides ou sans biocides, il s'agit d'un avantage significatif.
3. L'intensification des processus réduit la complexité
   La combinaison de deux objectifs clés du processus en une seule étape en ligne simplifie la production. Au lieu d'ajouter des étapes de traitement séparées pour la dispersion et le contrôle microbien, les producteurs de revêtements peuvent intégrer les deux dans un processus de sonication contrôlé. Cela réduit les manipulations, favorise une production plus propre et améliore la reproductibilité.

Pourquoi le traitement sans biocides gagne-t-il en importance ?

Les exigences réglementaires, environnementales et commerciales 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 des procédés physiques acquièrent une 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 la production, cela présente plusieurs avantages :

• soutien à des concepts de produits plus durables
• réduction de la dépendance à l'égard des conservateurs conventionnels
• amélioration de l'hygiène des processus
• un positionnement plus fort pour les revêtements à base d'eau de la prochaine génération

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

Contrôle précis pour des conditions de traitement reproductibles

Les sonicateurs Hielscher sont conçus pour le contrôle des processus 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 solides, de la viscosité, de la température, du débit et de l'intensité du traitement.

Les systèmes Hielscher permettent d'ajuster avec précision les paramètres importants du processus tels que :

• Amplitude
• Pression
• débit / temps de résidence
• température
• Apport d'énergie

Cette précision permet aux fabricants d'optimiser la dispersion des pigments, d'améliorer la qualité de la formulation et d'obtenir une réduction microbienne reproductible.

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

Cellules d'écoulement pressurisables pour une sonication intensifiée

Une pression élevée augmente l'intensité de la cavitation
L'un des principaux avantages de la technologie Hielscher est l'utilisation de réacteurs à cellules d'écoulement pressurisables. La pression a un effet important sur le comportement de la cavitation. Sous une pression élevée, la cavitation devient plus intense et plus efficace, ce qui est particulièrement utile pour les dispersions exigeantes et l'inactivation microbienne continue.

Soutien aux cellules d'écoulement pressurisables :

• traitement ultrasonique intensifié
• une désagglomération plus efficace
• amélioration de l'efficacité des processus
• une meilleure performance en fonctionnement continu

Pour les installations de revêtement industrielles, cela signifie que le traitement par ultrasons peut être adapté non seulement à la faisabilité à l'échelle du laboratoire, mais aussi à la capacité de production réelle et aux exigences du produit.

Traitement en ligne pour la fabrication en continu

La sonication peut être intégrée directement dans la ligne de production
Les sonicateurs Hielscher conviennent parfaitement au traitement en ligne. Cela permet de traiter les revêtements à base d'eau en continu pendant qu'ils passent dans le système de production. La sonication en ligne s'intègre bien dans la fabrication industrielle car elle évite les manipulations inutiles de lots et peut être intégrée dans des boucles de transfert, des systèmes de recirculation ou des lignes de traitement dédiées.

Le traitement en ligne offre des avantages opérationnels évidents :

• traitement continu dans des conditions définies
• une intégration plus facile dans les installations existantes
• réduction de la manutention manuelle
• amélioration de l'efficacité et de la cohérence des processus

Pour les fabricants de revêtements, cela fait de la sonication une technologie de production pratique plutôt qu'une méthode réservée aux laboratoires.

TiO2 séché par pulvérisation avant et après broyage par ultrasons

Évolution linéaire du laboratoire à la production industrielle

Les paramètres du processus peuvent être transférés de manière fiable d'une échelle à l'autre
La mise à l'échelle est une question cruciale dans le développement des processus. Les systèmes ultrasoniques Hielscher sont conçus pour une mise à l'échelle linéaire, ce qui signifie que les conditions du processus établies à l'échelle du laboratoire ou à l'échelle pilote peuvent être systématiquement transposées à la production industrielle.
Ceci 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 sont les suivants :

• un développement de processus plus facile
• transfert fiable de R&D à la production
• performances prévisibles à des débits plus élevés
• réduction de l'incertitude liée à la mise à l'échelle

Nettoyage facile et conception hygiénique du processus

La propreté est importante lorsque la stabilité microbienne est l'objectif à atteindre
Si le contrôle microbien est un objectif clé du processus, l'hygiène de l'équipement devient encore plus importante. Les sonicateurs Hielscher sont conçus pour un nettoyage industriel pratique et une intégration directe dans des environnements de processus hygiéniques.

La facilité de nettoyage aide les fabricants :

• réduire les risques de contamination des équipements
• favoriser un contrôle microbien cohérent
• réduire les efforts de nettoyage et d'entretien
• améliorer la fiabilité des processus au cours de cycles de production répétés

Dans les revêtements à base d'eau, où la contamination peut persister dans les réservoirs, les zones mortes et les systèmes de transfert, les équipements à ultrasons faciles à nettoyer contribuent directement à la stabilité du produit et à la robustesse de l'exploitation.

La peinture à la craie soniquée sur le broyeur 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 peinture exige des résultats 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 ultrasoniques reproductibles qui favorisent.. :

• dispersion uniforme des pigments
• réduction stable de la taille des particules
• un traitement microbien cohérent
• une qualité de produit fiable d'un bout à l'autre de la chaîne de production

Cette reproductibilité est essentielle pour la validation des processus, l'assurance qualité et l'adoption industrielle de la technologie des ultrasons.

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

L'industrie des revêtements s'oriente vers des formulations plus durables, plus pauvres en additifs dangereux et plus robustes. La sonication s'inscrit exceptionnellement bien dans cette direction, car elle permet de relever simultanément deux défis majeurs en matière de production : la nécessité d'une dispersion efficace des pigments et la nécessité d'une stabilité microbienne.
En combinant ces fonctions en une seule étape, la sonication permet aux fabricants de simplifier la production, d'améliorer la qualité des revêtements et de réduire la dépendance vis-à-vis des systèmes de conservation conventionnels. Le traitement par ultrasons est donc très intéressant pour les peintures architecturales, les revêtements industriels, les dispersions fonctionnelles, les encres et autres systèmes à base d'eau.
Les sonicateurs Hielscher constituent la plate-forme industrielle nécessaire pour mettre en œuvre cette stratégie dans la pratique. Leur contrôle précis, leurs cellules d'écoulement pressurisables, leur capacité en ligne, leur évolutivité linéaire, leur facilité de nettoyage et leurs résultats reproductibles les rendent particulièrement adaptés aux applications de revêtement exigeantes.

Tirer parti de la dispersion et de la stérilisation des revêtements par ultrasons

La stérilisation et la dispersion sans biocides des revêtements à base d'eau à l'aide de la sonication est une approche très prometteuse pour la fabrication moderne de peintures. La sonication améliore la dispersion des pigments, réduit la charge microbienne et renforce la stabilité des produits en un seul processus intégré. Cette combinaison est particulièrement précieuse dans une industrie qui subit une pression croissante pour réduire les conservateurs tout en maintenant une qualité de produit élevée et l'efficacité du processus.
Pour les fabricants de peintures et de revêtements à base d'eau, les sonicateurs Hielscher offrent une solution pratique et éprouvée sur le plan industriel. La possibilité de contrôler le processus, l'intégration en ligne, la conception de la cellule d'écoulement intensifiée, l'extensibilité, la nettoyabilité hygiénique et la reproductibilité des performances 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 ultrasons :

Conception, fabrication et conseil – Qualité Made in Germany

Les ultrasons Hielscher sont réputés pour leur qualité et leurs normes de conception les plus élevées. La robustesse et la facilité d'utilisation permettent une intégration aisée de nos ultrasons dans les installations industrielles. Les conditions difficiles et les environnements exigeants sont facilement gérés par les ultrasons Hielscher.

Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO et met l'accent sur les ultrasons de haute performance, dotés d'une technologie de pointe et d'une grande facilité d'utilisation. Bien entendu, les ultrasons Hielscher sont conformes à la norme CE et répondent aux exigences des normes UL, CSA et RoHs.

Littérature / Références