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PROCEDE D'APPLICATION D'UN REVETEMENT ANTICORROSION SUR
LES PIECES D'UNE CANALISATION, INCLUANT L'UTILISATION DE
SOLUTION AQUEUSE DE SILANE ET DE PEINTURE POUDRE EPOXY
L'invention concerne, de manière générale, le
domaine de la protection anticorrosion des pipelines.
On entend par pipeline une canalisation ou conduite
pour le transport à distance de fluides tels que l'eau,
les produits pétroliers, le gaz, ou les produits
d'assainissement.
Plus précisément, l'invention concerne, selon un
premier de ses aspects, un procédé d'application d'un
revêtement anticorrosion, monocouche ou multicouche, sur
un substrat métallique entrant dans la constitution d'un
tube ou d'un accessoire d'une canalisation destinée à
être enterrée ou immergée pour le transport de fluide,
tel que l'eau, les produits pétroliers, le gaz, ou les
produits d'assainissement.
La protection anticorrosion d'un pipeline, autrement
dit d'une conduite enterrée ou immergée servant notamment
au transport de l'eau, de pétrole, ou de gaz, est basée
sur le même principe depuis des décennies : un revêtement
organique adhérent, barrière passive à l'eau et à
l'oxygène, couplé à une protection active électrochimique
consistant à porter le matériau constituant le pipeline à
un potentiel tel que toute oxydation du fer entrant dans
la composition de ces matériaux est inhibée. Depuis
toujours, elle se fait soit par la méthode d'une anode
sacrificielle, soit par courant imposé. Il s'agit de la
protection cathodique.
Parmi les différents systèmes de revêtements
organiques utilisés dans le domaine de la protection
anticorrosion des canalisations ou conduites, il existe
les systèmes à base de peintures en poudre époxy à haute
réactivité utilisées en tant que revêtement monocouche ou
en tant que primaire d'un système complexe dit
multicouche, par exemple tri-couche, car composé de ce
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primaire, d'un adhésif à base de polyoléfine modifié et
d'une couche finale à base de polyoléfine.
Les revêtements organiques destinés à la protection
anticorrosion des canalisations sont soumis à des
contraintes de service qui allient température et
humidité. En effet, les canalisations peuvent être
enterrées dans un sol plus ou moins humide ou posées sur
les fonds marins. D'autre part, le fluide peut être
chauffé afin de baisser sa viscosité pour minimiser les
pertes de charge qui se produisent lors du transport au
sein du réseau de canalisation, dont la longueur peut
représenter plusieurs centaines à plusieurs milliers de
kilomètres.
La température de service peut varier de 20 à 150
degrés Celsius ( C). L'association température-humidité
entraîne une accélération de la pénétration de l'eau au
sein du matériau de revêtement. Ce phénomène se traduit
par une perte d'adhérence du revêtement vis à vis du
support métallique constituant le pipeline.
La perte d'adhérence est préjudiciable pour la
pérennité de la protection anticorrosion.
Les pièces de canalisation sont soumises
classiquement à une préparation de surface qui peut
consister à décaper mécaniquement le substrat.
Afin d'améliorer l'adhérence en milieu humide des
revêtements organiques, des traitements chimiques des
surfaces métalliques peuvent être aussi employés après
cette préparation de surface. Ces traitements chimiques
sont classiquement à base de chromates ou de phosphates.
L'application de solutions à base de chromates ou de
phosphates présente plusieurs inconvénients. Elle
implique des opérations de rinçage qui compliquent le
procédé d'application et génèrent la formation de déchets
supplémentaires. Elle implique, après séchage, une
opération de conversion thermique des chromates ou
phosphates, qui rend coûteux le procédé. Elle implique
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l'utilisation de produits toxiques pour le cas des chromâtes,
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de
proposer un procédé exempt de l'une au moins des limitations
précédemment évoquées.
A cette fin, selon un aspect, l'invention vise un procédé
d'application d'un revêtement anticorrosion, monocouche ou
multicouche, sur un substrat métallique d'un tube ou d'un
accessoire d'une canalisation destinée à être enterrée ou
immergée pour le transport de fluide, produits pétroliers, gaz,
ou produits d'assainissement, ce procédé comprenant : a)
préparer une surface du substrat métallique par un décapage par
projection d'abrasifs ; b) appliquer un promoteur d'adhérence
sur la surface préparée constitué par une solution aqueuse d'au
moins un silane, sans traitement chimique complémentaire ; c)
appliquer une couche de peinture poudre à base de résine époxy
sur la surface revêtue du promoteur d'adhérence ; et d)
effectuer un traitement thermique d'au moins la surface du
substrat métallique, ce traitement thermique étant effectuée
entre les étapes a) et b) , ou entre les étapes b) et c), et à
une température comprise entre 150 C et 240 C.
L'invention présente l'avantage de proposer le
remplacement des chromâtes, toxiques, par les silanes.
Le procédé selon l'invention permet d'améliorer
l'adhérence en milieu humide des peintures poudres à base de
résines thermodurcissables telles que les résines époxydiques
(ou résines époxydes, ou résines époxy, ou époxy), utilisées en
tant que revêtement interne ou externe de tubes et accessoires
métalliques de
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canalisations destinées au transport de fluide, tel que
le gaz, l'eau, les produits pétroliers, ou les produits
d'assainissement.
On appelle accessoire métallique (équivalent du
terme anglais "fitting") toute pièce, de préférence en
acier ou en fonte, qui est intégrée dans le réseau de
canalisation, autre que les tubes. Il peut s'agir par
exemple d'une vanne, d'un coude, ou d'une bride.
En outre, la solution de silane est une solution
aqueuse dépourvue de solvant organique, ce qui est
avantageux pour l'environnement ainsi que pour la santé
et la sécurité des utilisateurs.
Malgré le dépôt d'une solution aqueuse et donc d'une
quantité importante d'eau à la surface du substrat
métallique, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention
permet d'éviter la formation de pellicules de rouille qui
serait due à une oxydation rapide superficielle ("flash
rusting").
En particulier, la préparation de surface inclut
- un séchage du substrat afin d'y éliminer toute
trace d'humidité ;
- le décapage mécanique par projection d'abrasifs à
l'aide d'au moins un matériau abrasif tel que grenaille,
sable, alumine ou corindon ; et
- une élimination des poussières générées par le
décapage, par exemple par soufflage et/ou par aspiration.
Une telle préparation de surface vise à obtenir une
propreté de surface comprise entre Sa 2,5 et Sa 3 ou au
niveau Sa 2,5, et une rugosité Rz comprise entre 40 et
150 micromètres ou entre 70 et 90 micromètres.
La mise en oeuvre dans l'invention d'une préparation
de surface uniquement mécanique dépourvue de traitement
chimique permet également la mise en oeuvre d'un procédé
avantageux en termes d'hygiène et de sécurité.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention,
le substrat est constitué d'un métal incluant
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essentiellement du fer, et est de préférence constitué
d'acier.
Selon l'invention, le silane peut être tout silane
utilisé comme promoteur d'adhérence de formule générale
5 R'Si(OR)3 où R' est un groupe contenant au moins un
radical organique réactif et où OR est un radical alkoxy.
De préférence, ledit au moins un silane est choisi
parmi les aminosilanes ou les époxysilanes. Par exemple,
le silane peut être le N-(béta-aminoéthyl)-gamma-
aminopropyltriméthoxysilane ou le gamma-
glycidyloxypropyltriméthoxysilane.
Le silane peut être avantageusement un silane
préhydrolysé, tel que le 3-aminopropylsilane
préhydrolysé.
De manière avantageuse, la solution aqueuse comprend
entre 0,5 et 20% en poids, de préférence entre 1 et 10%
en poids, de silane.
La solution aqueuse de silane est préférentiellement
appliquée sur la surface du substrat selon un grammage
compris entre 10 et 100 grammes par mètre carré, de
préférence entre 30 et 70 grammes par mètre carré.
Selon une version particulière de l'invention, une
unique étape d) de traitement thermique est effectuée
entre les étapes a) et b) ou entre les étapes b) et c).
La température de chauffage est avantageusement
comprise entre 110 et 250 degrés Celsius, de préférence
entre 150 et 240 degrés Celsius. La température maximale
de 250 C est adaptée en particulier au cas où
l'application de silane est effectuée avant le chauffage,
en ce qu'elle n'entraîne pas la dégradation du silane.
Selon un mode de réalisation de l'invention
particulièrement avantageux, la préparation de surface
est dépourvue de tout traitement chimique.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le
procédé selon l'invention comprend en outre
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e) une application d'une couche intermédiaire d'un
adhésif à base de polyoléfine sur la surface revêtue de
résine époxydique ; et
f) une application d'une couche de finition de
polyoléfine, choisi parmi les polyéthylènes ou les
polypropylènes, sur la surface revêtue de la couche
intermédiaire.
Selon l'invention, le substrat métallique peut être
un tube de la canalisation, ou peut être un accessoire de
la canalisation. Les tubes et les accessoires constituent
les pièces d'une canalisation.
Le procédé selon l'invention permet de traiter les
surfaces interne et externe de ces pièces de
canalisation. Pour les surfaces internes, on applique en
général un revêtement monocouche, soit un revêtement
dépourvu d'une couche intermédiaire et d'une couche de
finition. De préférence, pour un tube, les surfaces
interne et externe sont traitées successivement, et pour
un accessoire, l'ensemble des surfaces est traité
simultanément.
L'invention concerne également une pièce métallique
de canalisation, tel qu'un tube de canalisation ou un
accessoire de canalisation, destinée à être enterrée ou
immergée pour le transport de fluide, tel que l'eau, les
produits pétroliers, ou le gaz, présentant au moins une
surface traitée selon le procédé de l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention ressortiront clairement de la description
détaillée qui en est faite ci-après, à titre indicatif et
nullement limitatif.
La surface du substrat métallique est traitée pour
recevoir un revêtement qui est :
soit monocouche, c'est-à-dire issu de
l'application d'une peinture poudre contenant de la
résine époxydique subissant une réticulation par le biais
d'un durcisseur ;
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- soit multicouche, c'est-à-dire constitué d'un
primaire qui est issu de l'application d'une peinture
poudre contenant de la résine époxydique subissant une
réticulation par le biais d'un durcisseur, et d'au moins
une couche supplémentaire, par exemple à base d'époxy ou
de polyoléfine.
Un revêtement multicouche peut être en particulier
un revêtement tri-couche, constitué du primaire, d'une
couche intermédiaire qui est un adhésif à base de
polyoléfine, et d'une couche de finition de polyoléfine
tel qu'un polyéthylène ou un polypropylène.
Le silane est appliqué, préalablement à
l'application du revêtement monocouche ou multicouche,
sur la surface des tubes ou accessoires métalliques.
Le type de silane faisant l'objet du procédé de
l'invention est en solution dans l'eau. Aucun solvant
organique n'est ajouté. Cette préparation permet de
s'affranchir des problèmes liés aux solvants organiques,
relatifs à l'environnement, la sécurité, et l'hygiène.
Le type de silane faisant l'objet du procédé de
l'invention est soit un silane pur, dilué dans l'eau
avant son application, soit un silane qui se présente
déjà en solution aqueuse, c'est-à-dire préalablement
hydrolysé.
Le silane pur peut être en particulier de formule
générale (I) suivante :
Z- [R'-Si (OR),, (R2) 3-n] y
ou de formule (II) suivante :
X-Z-R'-Si (OR)n(R2) 3-n
L'indice n représente un entier égal à 1, 2 ou 3.
L'indice y représente un entier égal à 1 ou 2. Dans
la formule (II), y est égal à 1.
Les n groupements OR sont chacun choisis parmi les
groupements méthoxy CH3O-, éthoxy CH3CH2O-, ou propoxy
C3H70-, ou leurs associations.
Le groupement Z représente une fonction amine
primaire ou amine secondaire, ou encore une fonction
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époxy portée par un groupement glycidyléther ou par un
groupement cycloaliphatique.
Dans le cas où Z est une amine secondaire, et où y
est égal à 1, Z peut être lié à un groupement X pour
donner un silane de formule (II).
Les groupements X, R1 et R2 peuvent être chacun
choisis parmi un groupement carboné aliphatique,
cycloaliphatique ou aromatique. Ces groupements carbonés
peuvent inclure un ou plusieurs hétéroatomes tels que le
soufre, l'azote ou l'oxygène. Sur ces groupements
carbonés peuvent être greffés un ou plusieurs radicaux
choisis parmi les radicaux alkyle, alcène ou aryle, ou
des radicaux contenant au moins une fonction choisie
parmi les fonctions amine, amide, urée, acyle,
carboxylique, phénolique, cétonique, éther, ester, ou
mercaptan.
Selon l'invention, le silane pur subit en présence
d'eau, lors de sa dilution, une hydrolyse qui transforme
la fonction alkoxy Si-(OR) du silane en fonction silanol
Si-(OH) et en alcool ROH.
La fonction Si-(OH) est responsable du greffage
chimique sur le métal et assure donc une liaison solide
avec celui-ci.
Néanmoins, la présence de fonctions Si-(OH) peut,
après condensation, conduire à la formation de liaison
siloxane Si-O-Si, qui est non seulement préjudiciable
pour la stabilité du silane en solution, mais également
pour le rendement de la réaction de greffage entre le
silane et le support métallique.
Un ajustement du pH de la solution peut conduire à
un compromis entre la vitesse de formation par hydrolyse
de la fonction Si-(OH), nécessaire au greffage sur le
métal, et la stabilité au stockage.
Par exemple, pour le gamma-
glycidyloxypropyltriméthoxysilane, un ajustement de pH
entre 4 et 5 de la solution aqueuse à 5% en poids de
silane permet d'atteindre ce compromis.
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Les silanes en solution aqueuse, ou silanes
préhydrolysés, pouvant être également utilisés dans
l'invention sont du type R`-Si-(OH),. R' est un groupe
contenant au moins un radical organique réactif. R' est
préférentiellement choisi parmi les groupements carbonés
contenant une amine secondaire et/ou une amine primaire,
qui confèrent aux silanes une stabilité particulièrement
avantageuse dans l'eau.
Ces silanes en solution aqueuse présentent
principalement deux avantages.
Le premier avantage est lié au fait que la forme
pré-hydrolysée de ces silanes permet d'utiliser une
solution exempte de fonction alkoxy Si-OR, ce qui évite
la formation d'alcool ROH dans l'eau par le biais du
processus d'hydrolyse, qui constitue un co-solvant,
préjudiciable pour l'environnement et la santé des
utilisateurs.
Le deuxième avantage est lié au fait que ces silanes
ont été mis au point pour conférer à la solution aqueuse
une très grande stabilité, jusqu'à plusieurs mois.
Ils sont vendus déjà sous forme de solution aqueuse
et peuvent subir une dilution supplémentaire dans l'eau.
Par exemple, le 3-aminopropylsilane préhydrolysé
contenant des fonctions silanols sans fonction alkoxy est
commercialisé par Degussa en solution aqueuse à 40% en
poids de silane sous le nom Dynasilan , référence
1151. Celui-ci peut subir une dilution dans l'eau. La
particularité de ce silane est qu'il présente une très
grande stabilité dans l'eau malgré la présence des
fonctions Si-(OH).
Un autre exemple de silane en phase aqueuse du
commerce, le Silquest A-1106, contenant des amines
primaires, de formule (H2N (CH2) 3Si01,5),, peut également
être avantageusement utilisé dans le cadre du procédé de
la présente invention.
L'utilisation d'une solution de silane, selon le
procédé de la présente invention, ne nécessite ni
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traitement chimique du support métallique avant
l'application de la solution de silane, ni rinçage après
l'application de celle-ci.
La solution de silane, faisant l'objet du procédé de
5 la présente invention, peut contenir un colorant dilué
dans l'eau, afin qu'il soit plus aisé de visualiser
l'application de la solution de silane sur le support
métallique.
Le procédé de la présente invention est conforme aux
10 règles de l'art relatives à l'application, sur les parois
des tubes métalliques, de revêtements à base de résines
thermodurcissables. Ces règles ou recommandations sont
décrites dans plusieurs normes, notamment NFA 49716, NFA
49706, NFA 49710, NFA 49711, et CAN/CSA-Z245.20-02.
Quel que soit le type de revêtement, monocouche ou
multicouche, la couche d'époxy est en contact avec le
support métallique. C'est donc bien l'époxy qui, dans les
systèmes de revêtements concernés par l'invention, assure
l'adhésion sur le support métallique. Il est donc
primordial que les performances d'adhésion de la couche
d'époxy restent optimales lorsque le revêtement subit des
contraintes de température et d'humidité.
EXEMPLES
EXEMPLE 1 : Procédé de traitement de surface d'un
tube métallique et d'application d'un revêtement
monocouche à base de peinture poudre époxy.
Le procédé se déroule de la manière suivante
1) Les tubes sont séchés afin d'éliminer toute trace
d'humidité. Le séchage se fait par passage dans un four
ou à la flamme.
2) Après séchage, la surface externe des tubes
métalliques est décapée mécaniquement par projection
d'abrasifs tels que grenaille, sable, alumine et/ou
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corindon. Cette opération de décapage confère à la
surface un profil de rugosité dont le Rz (selon la
description de la norme ISO 4287-1) se situe entre 40 et
150 micromètres (pm), préférentiellement entre 60 et 90
micromètres.
3) Les poussières générées par cette opération de
décapage sont éliminées de la surface du tube, par
soufflage et/ou aspiration.
La propreté de surface à l'issue de ces opérations
doit être comprise entre Sa 2,5 et Sa 3 selon la
description de la norme ISO 8501-1.
4) La solution de silane peut être ensuite appliquée
sur la surface du tube ainsi préparée.
La solution de silane présente une quantité de
principe actif, c'est-à-dire de silane pur, comprise
entre 0,5 et 20%, préférentiellement comprise entre 1 et
10%, en poids par rapport au poids total de la solution.
La solution de silane est appliquée par
pulvérisation mixte ou sans air à l'aide d'une machine
type "airmix" ou "airless", ou à la brosse, ou au
rouleau, ou encore par épandage ou par trempé.
La solution de silane est appliquée sur le support
métallique selon un grammage compris entre 10 et 100
grammes par mètre carré (g/m2), préférentiellement entre
30 et 70 g/m2.
5) A l'issue de l'opération d'application de la
solution de silane, la surface du tube n'est pas rincée
et subit directement une élévation de température jusqu'à
une température comprise entre 110 et 250 degrés Celsius
( C), préférentiellement entre 150 C et 240 C.
L'élévation de température est conditionnée par la
cinétique de la réaction de réticulation de la résine
époxy et non pas par le besoin de conversion thermique du
silane, contrairement aux solutions de chromate qui
exigent des températures de conversion thermique qui se
situent généralement au dessus de 220 C.
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L'avantage de ce procédé est qu'il permet
l'utilisation de solutions aqueuses sans engendrer
d'oxydation rapide et donc de formation de rouille sur le
métal, étant donné que l'opération de chauffage du tube
se fait immédiatement après l'application de la solution
aqueuse de silane. Ce chauffage du tube entraîne le
séchage immédiat de la solution de silane, par
évaporation d'eau, et empêche donc que cette eau ne
conduise au processus d'oxydation.
Le chauffage du tube, avant application de la poudre
époxy, est assuré soit par passage du tube à travers un
inducteur, soit par passage du tube dans un four chauffé
au gaz, au fuel ou alimenté électriquement.
Selon l'invention, une variante de ce procédé
consiste à appliquer la solution de silane après le
chauffage du tube, autrement dit à inverser les étapes 4)
et 5). L'application de la solution de silane sur support
chaud entraîne l'évaporation immédiate de l'eau et évite
de ce fait l'oxydation et la formation de rouille à la
surface du métal.
6) Dès que la surface du tube métallique est portée
à une température suffisante, la poudre époxy est
appliquée selon un procédé électrostatique ou
triboélectrique.
La peinture poudre époxy appliquée sur le support
préchauffé passe par trois phases de transformation :
fusion, gélification et solidification. Ce processus est
assuré par l'apport de calories en surface du tube qui
conduit au mécanisme de la réticulation.
L'inertie thermique des tubes suffit généralement
pour que la réticulation de l'époxy soit menée à son
terme. Une post-cuisson peut éventuellement être employée
pour parfaire cette réticulation.
La quantité de peinture poudre époxy déposée conduit
après réticulation à un revêtement dont l'épaisseur se
situe entre 250 micromètres et 700 micromètres selon les
recommandations du fabricant.
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7) A l'issue de la réticulation de l'époxy, une
étape de refroidissement accéléré, qui consiste à
projeter de l'eau sur le support revêtu, permettant ainsi
de manipuler plus rapidement les tubes, peut
éventuellement être mise en place.
Une variante de ce procédé consiste à ne pas
préchauffer le tube avant l'application de la poudre.
Dans ce cas, deux conditions doivent être remplies : la
solution de silane appliquée sur le tube doit être sèche
(toute l'eau de la solution doit être évaporée), et une
post-cuisson, à l'issue de l'application de la poudre
époxy, doit être assurée pour la réticulation de l'époxy.
EXEMPLE 2 : Procédé de traitement de surface d'un
tube métallique et d'application d'un revêtement tri-
couche comprenant une couche à base de peinture poudre
époxy.
Le procédé de traitement de surface destinée à
l'application d'un revêtement tri-couche comprenant une
couche à base de peinture poudre époxy est identique au
procédé décrit à l'exemple 1, de l'étape 1) à l'étape 6)
inclus. Dans le cadre des revêtements tri-couche,
l'épaisseur de l'époxy, qui sert de primaire, se situe
généralement entre 50 et 500 micromètres.
Quelques secondes après l'application de la poudre
époxy, soit après l'étape 6), l'adhésif est appliqué. En
effet, le délai de recouvrement de la couche époxy par
l'adhésif, déterminé en tenant compte à la fois de la
température du support et de la réactivité de la poudre
époxy, est généralement compris entre 5 et 60 secondes.
L'application de l'adhésif se fait soit par
extrusion, soit par poudrage. La température d'extrusion
se situe entre 200 C et 250 C. Les épaisseurs d'adhésif
déposées sont généralement comprises entre 200 et 500
micromètres.
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L'application de l'adhésif est immédiatement suivie
par celle de la couche de finition constituée de
polyéthylène MD (moyenne densité), BD (basse densité), ou
HD (haute densité), ou de polypropylène. L'application de
la couche de finition se fait également par extrusion.
Les épaisseurs de couche de finition déposées se situent
généralement entre 1,5 et 4 millimètres (mm).
A l'issue de l'application de la couche de finition,
les tubes sont refroidis par projection d'eau sur leur
surface revêtue de la couche de finition.
EXEMPLE 3 : Procédé de traitement de surface
d'accessoires métalliques et d'application d'un
revêtement monocouche à base de peinture poudre époxy.
Le procédé inclut les étapes 1) à 7) de l'exemple 1.
Il peut y avoir une variante au niveau de la
technique d'application de la poudre époxy (étape 6)) qui
consiste alors à appliquer la poudre sur les accessoires
selon une technique particulière de trempé en bain
fluidisé.
EXEMPLES 4
Les exemples supplémentaires ci-dessous démontrent
tout particulièrement l'intérêt du procédé selon
l'invention dans le cadre des performances d'adhésion du
revêtement à base de peinture poudre époxy lorsque celui-
ci est soumis à un environnement chaud et humide.
Dans le cadre de l'évaluation des niveaux
d'adhérence des revêtements organiques à base de résine
époxy, exposés en milieu chaud et humide, plusieurs
éprouvettes ont été préparées et testées à partir de
plaques métalliques. On parle d'éprouvette pour une
plaque traitée et revêtue.
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EXEMPLE 4A
Une peinture poudre époxy est appliquée à l'aide
5 d'un pistolet électrostatique dont la polarité est réglée
à une tension de +70 kV (kilovolts). Des plaques d'acier
de 200 mm de long, 100 mm de large et 10 mm d'épaisseur
sont utilisées comme substrats métalliques.
La peinture poudre époxy a la composition suivante
Résine solide époxy bisphénol A de 59%
type 4
Agent de tension acrylique 0,7%
Charge minérale (kaolin) 7,7%
Charge minérale (sulfate de baryte) 18,5%
Pigment rouge (oxyde de fer) 2%
Silice pyrogénée 0,2%
Durcisseur phénolique 11%
Résine époxy avec produit 0,7%
d'addition (méthylimidazole)
Catalyseur 0,2%
TOTAL 100%
Les pourcentages indiqués sont des pourcentages en
poids par rapport au poids total de la composition.
Le temps de gel de cette peinture poudre époxy à
180 C, déterminé selon la norme ISO 8130-6, est de 70 5
secondes.
Préalablement à l'application de la poudre, les
plaques d'acier sont sablées par projection d'abrasifs
Rugos 2000 grade 20-30 jusqu'à obtention d'une
rugosité Rz comprise entre 70 et 90 micromètres. Ces
abrasifs sont à base de silicate d'aluminium. Leur
composition chimique moyenne inclut 51% de Si02 (silice
totale combinée sous la forme de silicates) et 27%
d'Al203. Le taux de silice libre est inférieur à 0,1%, le
taux de chlore et de fluor est inférieur à 100 ppm. La
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densité apparente de l'abrasif est de 1,3 et la dureté
est comprise entre 6 et 7 Mohs. La granulométrie est
comprise entre 0,40 et 1,60 mm. Ce produit ne contient
aucun métal lourd.
Ces plaques sont ensuite dépoussiérées par soufflage
à l'air comprimé. La propreté de surface obtenue à
l'issue de ces opérations correspond au niveau Sa 2,5.
Les plaques sont ensuite préchauffées à 220 C dans
une étuve ventilée.
Dès que la température de l'acier atteint 220 C, les
plaques sont sorties de l'étuve et reliées à la terre.
La poudre est immédiatement appliquée sur le support
métallique à l'aide du pistolet électrostatique décrit
plus haut. Après application de la poudre, les plaques
sont mises en étuve à 200 C pour une post-cuisson de 10
minutes.
Les plaques sont ensuite refroidies à température
ambiante. On peut aussi parler d'éprouvettes à ce stade.
Pour les tests, seules les éprouvettes dont les
épaisseurs d'époxy sont comprises entre 350 et 450
micromètres sont retenues.
Une éprouvette témoin est utilisée pour l'évaluation
de l'adhérence avant immersion en eau chaude.
L'évaluation de l'adhérence est faite selon deux
méthodes.
La première méthode correspond à une mesure par
traction effectuée selon la norme ISO 4624. Cette méthode
consiste à utiliser un plot en acier ou en aluminium de
20 mm de diamètre collé sur le revêtement à l'aide d'une
colle type Araldite . Avant application de la colle,
le revêtement est dépoli au papier de verre pour
améliorer l'accrochage de la colle, autrement dit
améliorer son pouvoir adhésif.
Après au moins 24 heures de séchage de la colle, le
plot est tiré à l'aide d'un appareil de traction. La
force de traction nécessaire à l'arrachement du plot est
déterminée ainsi que le faciès de rupture.
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La force de traction est indiquée en Newton par
unité de surface, plus particulièrement en Newton par
millimètre carré (N/mm2).
Le faciès de rupture peut correspondre à
- Une rupture adhésive, c'est-à-dire une
séparation du revêtement de son substrat métallique ;
Une rupture cohésive, c'est-à-dire une rupture
du revêtement dans la masse sans qu'il y ait séparation
du revêtement de son substrat métallique ; ce scénario
est préférable au scénario précédent ;
Une rupture semi-adhésive/semi-cohésive qui est
une combinaison des deux premiers scénarii ;
- Une rupture de la colle, c'est-à-dire une
séparation de la colle de la surface du revêtement ; dans
ce cas, la force qui correspond à l'adhérence du
revêtement vis-à-vis de son substrat métallique est
indéterminée, mais est considérée comme égale ou
supérieure à la force de rupture de la colle ; ce cas de
figure est favorable.
La deuxième méthode d'évaluation de l'adhérence
correspond à l'évaluation de l'adhérence à travers un
test de pelage tel que décrit dans la norme EN 10290 et
EN 10289.
A l'aide d'un couteau aiguisé placé contre une règle
en acier, des incisions droites de 30 à 50 mm sont
pratiquées dans le revêtement jusqu'au substrat
métallique pour former un X avec un angle de 30 degrés
environ au point d'intersection.
La pointe du couteau est insérée horizontalement (le
plat de la lame) sous le revêtement au point
d'intersection des incisions de manière à ce que la
pointe de la lame soit en contact avec la surface du
métal.
Par effet de levier contre un point d'appui tel
qu'une baguette en acier, le plat de la lame est écartée
de la surface métallique en un seul mouvement et
verticalement, c'est-à-dire selon une direction à 90
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degrés de la surface. Le but de cette opération est
d'essayer d'arracher le revêtement.
La perte d'adhérence du revêtement est évaluée par
la longueur en millimètre qui correspond à la partie
arrachée (ou pelée) depuis le point d'intersection.
Les autres éprouvettes sont soumises à une immersion
dans de l'eau de ville. Le bain d'eau est maintenu à une
température de 80 2 C.
Les éprouvettes sont retirées du bain d'eau chaude
et refroidies à température ambiante après' différents
temps d'immersion.
Les éprouvettes refroidies sont soumises à
l'évaluation de l'adhérence selon les deux méthodes
décrites précédemment.
Les résultats sont présentés dans le tableau qui
suit :
Test Avant Après immersion dans l'eau
immer- Après 3 Après 10 Après 14 Après 28
sion jours jours jours jours
Traction
(N/mm2) 25 24 14 14 13
Faciès
de colle adhésive adhésive adhésive adhésive
rupture
Pelage
1 14 20 >20 >20
(mm)
Les résultats montrent que le revêtement époxy
immergé dans l'eau à 80 C subit rapidement une chute de
ses performances d'adhérence vis-à-vis du substrat
métallique.
EXEMPLE 4B
Plusieurs solutions de silane sont préparées
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- Solution 1 : 5% de N-(béta-aminoéthyl)-gamma-
aminopropyltrimétoxysilane ( Dynasilan A-1120) et 95%
d'éthanol.
- Solution 2 5% de N-(béta-aminoéthyl)-gamma-
aminopropyltrimétoxysilane ( Dynasilan A-1120) et 95%
d'eau de ville.
- Solution 3 : 2,5% de N- (béta-aminoéthyl) -gamma-
aminopropyltrimétoxysilane ( Dynasilan A-1120) et
97,5% d'eau de ville.
- Solution 4 : 12,5% de solution aqueuse à 40% en
poids de 3-aminopropylsilane ( Dynasilan 1151) (soit
5% de silane pur) et 87,5% d'eau de ville.
Ces différentes solutions sont préparées 24 heures
avant d'être appliquées. Les substrats métalliques
utilisés pour les tests sont identiques à ceux décrits
dans l'exemple 4A.
Les substrats métalliques subissent un sablage et un
dépoussiérage comme dans l'exemple 4A.
A l'issue de ces étapes, les substrats métalliques
sont préchauffés à 40 C dans une étuve, puis immergés
dans une des solutions de silane. Le temps d'immersion,
qui correspond à une opération d'application de silane
par trempé, dure 4 1 secondes.
Le grammage de solution de silane déposée sur le
substrat métallique est déterminé par pesée.
Le grammage est de 50 10 g/m2.
Juste après l'opération de trempé dans la solution
de silane, les substrats métalliques sont mis en étuve
pour subir un préchauffage à 220 C. Conformément à
l'exemple 4A, dès que la température des substrats est de
220 C, ceux-ci sont sortis de l'étuve et revêtus par la
peinture poudre époxy de l'exemple 4A. L'application de
la peinture poudre se fait exactement selon le procédé
décrit dans l'exemple 4A.
Après l'application de la poudre, les plaques sont
post-cuites en étuve à 200 C, conformément au procédé de
l'exemple 4A.
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Les plaques sont ensuite refroidies à température
ambiante. Pour les tests, seules les éprouvettes pour
lesquelles l'épaisseur d'époxy est comprise entre 350 et
450 micromètres sont retenues.
5 Les résultats sont présentés dans le tableau ci-
dessous :
Solution Test Avant Après immersion dans l'eau
de immer- Après 3 Après 10 Après 14 Après 28
silane sion jours jours jours jours
Traction 25 24 14 14 13
(N/mm2)
sans Faciès
de colle adhésive adhésive adhésive adhésive
(témoin) rupture
Pelage 1 14 20 >20 >20
(mm)
Traction 21 19 19 20 21
(N/mm2)
Faciès
1 de colle colle colle colle colle
rupture
Pelage 1 2 3 3 4
(mm)
Traction 22 21 19 20,5 21,5
(N/mm2)
Faciès
2 de colle colle colle colle colle
rupture
Pelage 1 4 4 4 4
(mm)
Traction 20 19,5 22 22 18,4
(N /mm2 )
Faciès
3 de colle colle colle colle colle
rupture
Pelage 1 2 5 4 4
(mm)
Traction 19 19 20 21 19
(N/rnm` )
Faciès
4 de colle colle colle colle colle
rupture
Pelage 2 2 2 2
(mm)
Les résultats montrent que chaque solution de
10 silane, appliquée selon le procédé de l'invention, permet
une adhérence du revêtement époxy, après immersion dans
l'eau chaude, significativement améliorée par rapport au
témoin de l'exemple 4A.
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D'autre part, l'utilisation de silane dilué dans
l'eau conduit à des résultats similaires à ceux obtenus à
partir de silane dilué dans un solvant organique, tel que
l'éthanol. L'utilisation d'eau, en tant que diluant pour
silane, ne nuit pas à l'efficacité de celui-ci.
EXEMPLE 4C
L'exemple 4C concerne l'application d'un revêtement
tri-couche. Le revêtement est constitué d'un primaire
poudre époxy, d'un adhésif et d'une couche de finition.
La poudre époxy a la composition suivante :
Résine solide époxy bisphénol A de 59%
type 4
Agent de tension acrylique 0,7%
Charge minérale (kaolin) 7,56%
Charge minérale (sulfate de 18%
baryte)
Pigment rouge (oxyde de fer) 3%
Durcisseur phénolique (contenant 10,75%
3,5% de méthyl-2-imidazole)
Silice pyrogénée 0,2%
Résine époxy avec un produit 0,59%
d'addition (méthyl2-imidazole)
Catalyseur 0,2%
TOTAL 100%
Les pourcentages sont des pourcentages en poids par
rapport au poids total de la composition.
Le temps de gel à 180 C de cette composition,
déterminé selon la norme ISO 8130-6, est de 40 5
secondes.
L'adhésif est une polyoléfine dont le point de
ramollissement, déterminé par analyse enthalpique
différentielle ou DSC, est de 135 C, greffée par des
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radicaux à base d'anhydride maléique. Par exemple,
l'adhésif est un adhésif greffé Orevac 18510
commercialisé par Arkema.
La couche de finition est constituée de PEHD
(polyéthylène haute densité).
La solution 5 de silane est constituée de 5%
d'eau de ville, 5% de silane Dynasilan 1151, et 0,5%
de colorant.
Le revêtement est appliqué sur la paroi externe d'un
tube en acier de 7 mm d'épaisseur et de 116 mm de
diamètre extérieur.
Après l'opération de sablage, effectuée à partir de
l'abrasif Rugos 2000" grade 20-30, le dépoussiérage est
assuré par projection d'air comprimé à la surface du
tube. La projection d'abrasif amène la surface du tube à
une température de 40 C.
La solution 5 de silane est appliquée à la brosse
sur la surface du tube. Le grammage visé est de 50 10
.
g /m2.
Après l'application de la solution 5, le tube passe
dans un inducteur qui élève la température de l'acier à
220 C.
Le primaire poudre est appliqué à l'aide d'un
pistolet électrostatique, réglé à 75 kV. L'épaisseur
déposée est de 120 30 pm.
L'adhésif, qui est extrudé à une température de
230 C, est appliqué sur le primaire selon un temps de
recouvrement de 20 secondes. L'épaisseur de film
d'adhésif déposé est de 250 20 }gym.
La couche de finition, qui est également extrudée à
une température de 230 C, recouvre l'adhésif selon un
délai de 10 secondes. L'épaisseur de cette couche est
comprise entre 2,5 et 3 mm.
Des rouleaux presseurs compriment l'ensemble du
revêtement afin d'optimiser le contact entre les
différentes couches.
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Le tube passe ensuite dans le tunnel de
refroidissement, 2 secondes après l'application de la
couche de finition. Le processus de refroidissement
consiste à projeter de l'eau froide sur la surface de la
couche de finition.
A l'issue de ces différentes opérations, le tube est
découpé en morceaux de 10 cm de long pour fournir des
éprouvettes destinées à subir les tests de tenue en
immersion.
Au sein de chaque éprouvette, le revêtement tri-
couche est incisé sur toute son épaisseur, c'est-à-dire
jusqu'à la surface du métal. Pour chaque éprouvette, deux
incisions distantes de 2,5 cm sont ainsi pratiquées sur
toute la circonférence.
Un deuxième tube est revêtu à partir du même système
de revêtement et selon le même procédé. La différence
réside dans le fait que la solution 5 de silane n'est pas
utilisée.
Après application du revêtement, les éprouvettes
sont préparées de la même manière que précédemment. Cette
deuxième série d'éprouvettes constitue la série
d'éprouvettes témoins, exemptes de silane.
Les deux séries d'éprouvettes subissent une
immersion dans l'eau à 80 C qui est particulièrement
sévère. En effet, les incisions pratiquées sur le
revêtement facilitent l'insertion de l'eau au niveau de
l'interface époxy-substrat métallique. Ce processus
conduit rapidement à une perte d'adhérence de l'époxy
vis-à-vis de l'acier.
Après 900 heures d'immersion, les éprouvettes sont
sorties du bain pour une évaluation qualitative de
l'adhérence.
Une incision est pratiquée, selon l'axe de
l'éprouvette, sur la bande de revêtement de 2,5 cm de
large, comprise entre les deux incisions pratiquées
préalablement à l'étape d'immersion.
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La pointe du couteau est insérée horizontalement (le
plat de la lame) sous le revêtement à partir de
l'incision faite selon l'axe de l'éprouvette, de manière
à ce que la pointe de la lame soit en contact avec la
surface du métal.
Par effet de levier contre un point d'appui tel
qu'une baguette en acier, le plat de la lame est écarté
de la surface métallique en un seul mouvement et
verticalement, c'est-à-dire selon une direction à 90
degrés de la surface. Le but de cette opération est
d'essayer d'arracher le revêtement.
Le pelage par arrachement du revêtement est très
facile en ce qui concerne la série d'éprouvettes témoins.
La bande de 2,5 cm de large se pèle selon toute la
circonférence des éprouvettes. Par contre, lorsque le
même test est réalisé à partir des éprouvettes traitées
par la solution de silane, il est impossible de peler
complètement le revêtement, dont la résistance à
l'arrachement est significativement supérieure.
EXEMPLE 5
D'autres éprouvettes, obtenues selon le même mode
opératoire que dans l'exemple 4C, sont utilisées pour
tester l'influence de l'application de la solution de
silane, selon le procédé de la présente invention, sur
les performances de résistance au décollement cathodique.
Le principe de l'essai consiste à créer un défaut au sein
du revêtement afin de mettre le métal à nu. Le défaut est
en contact avec une solution saline, qui sert
d'électrolyte.
Le métal est mis à un potentiel, correspondant à la
protection cathodique, tel que toute oxydation du fer
entrant dans la composition du substrat est inhibée.
Cette tension génère une réaction électrolytique qui
conduit à la formation d'ions OH- et au dégagement
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d'hydrogène. L'effet de cette réaction électrolytique
peut être plus ou moins néfaste vis à vis de l'adhérence
du revêtement à la périphérie du défaut initial. Il faut
donc s'assurer de la bonne compatibilité de la protection
5 cathodique vis à vis de l'adhésion du revêtement. Ce
processus se quantifie à travers la longueur du
décollement du revêtement autour du défaut, à l'issue
d'un temps donné d'application de la protection
cathodique. Cette longueur de décollement est souvent
10 appelée le rayon de décollement.
Les essais ont été réalisés selon la norme NFA
49710, à 23 C pendant 28 jours. La valeur moyenne, du
rayon de décollement, relative à l'éprouvette sans silane
est de 8 mm, alors que celle correspondant à l'éprouvette
15 avec silane est de 4 mm. Ce résultat montre que
l'application de la solution de silane selon le procédé
de la présente invention conduit à l'amélioration de la
résistance au décollement cathodique d'un revêtement à
base de poudre époxy.
