Quand vient le moment de fabriquer une peinture, il est très important de savoir comment choisir tous ses composants pour qu’elle conserve ses propriétés dans l’application pour laquelle elle a été conçue. L’une de ces propriétés, probablement l’une des plus importantes, est sans aucun doute la couleur.
Les composants qui déterminent la couleur d’une peinture sont les pigments. Il en existe une grande variété, qui diffèrent non seulement par leurs couleurs mais aussi par d’autres propriétés très importantes pour la peinture. La liste des pigments pour peinture disponibles sur le marché est si longue que le choix est loin d’être simple. La question que l’on doit donc se poser est la suivante : comment bien choisir les pigments pour peinture?
Types de pigments pour peintures
Les pigments pour peintures sont divisés principalement en deux grands groupes selon leurs structures chimiques : les pigments inorganiques et les pigments organiques.
Les pigments inorganiques, à base de minéraux (généralement des métaux et des sels métalliques), sont utilisés depuis la nuit des temps. Ils étaient déjà utilisés par nos ancêtres pour la réalisation de peintures rupestres dans leurs grottes. Par rapport aux pigments organiques (dont l’utilisation est beaucoup plus récente), ils offrent une plus grande opacité et une meilleure résistance à la lumière, aux intempéries et aux températures élevées. Ils sont aussi généralement moins chers que les pigments organiques. Cependant, ces derniers offrent des couleurs plus vives.
Toutefois, les progrès de la technologie nous permettent aujourd’hui d’obtenir des pigments pour peintures dont les propriétés sont meilleures que celles qui correspondraient à leur nature chimique.
Il existe une classification standard pour les pigments : le Colour Index. Les pigments sont donc regroupés par couleur : Pigments bleus (PB) ; Pigments noirs (PBk) ; Pigments marrons (PBr) ; Pigments verts (PG) ; Pigments orange (PO) ; Pigments rouges (PR) ; Pigments violets (PV) ; Pigments jaunes (PY) ; Pigments blancs (PW). Cet index dépend de la nature chimique du pigment qui détermine son rendement en fonction de plusieurs paramètres.
Quels sont les paramètres à retenir pour le choix des pigments pour peintures?
Il existe de nombreux paramètres qui déterminent comment les pigments pour peintures se comporteront selon les différentes applications.
Intensité de la couleur (Color strength)
La couleur des pigments pour peintures dépend principalement de leurs structures chimiques, qui absorbent et reflètent différentes longueurs d’onde lorsque la lumière atteint la surface du pigment.
L’intensité de la couleur (ou pouvoir colorant) est la facilité avec laquelle un pigment conserve ses caractéristiques de couleur lorsqu’il est mélangé à un autre pigment. Plus l’intensité est élevée, moins il faut de pigment pour obtenir une nuance de couleur déterminée.
Dans les pigments organiques, l’intensité de la couleur dépend de la capacité à absorber certaines longueurs d’onde de la lumière. Les molécules hautement conjuguées et celles hautement aromatiques présentent des intensités plus élevées.
Les pigments inorganiques qui contiennent des métaux à deux états de valence présentent une intensité élevée, tandis que ceux qui contiennent un cation piégé dans un réseau cristallin présentent une couleur plus faible.
La taille des particules joue également sur l’intensité de la couleur d’un pigment. En général, les particules plus petites procurent une intensité de couleur plus élevée. Le processus de fabrication des pigments joue sur la taille des particules de leurs cristaux. La dispersion du pigment joue également un rôle important dans l’intensité de la couleur de la peinture.
Résistance à la chaleur (Heat resistance)
En fonction de l’application de la peinture, il est important d’analyser comment les pigments réagissent à la température. En général, les pigments pour peintures deviennent plus solubles à haute température, ce qui explique le risque d’ombres.
Les pigments à structure hautement cristalline sont généralement plus résistants à la chaleur que les pigments polymorphes, où les différentes modifications cristallines peuvent réagir différemment à la chaleur. Normalement, les pigments inorganiques ont une meilleure stabilité thermique, bien que l’oxyde de fer jaune fasse exception, car il perd l’eau du cristal à haute température.
Tous les tests effectués évaluent la couleur des pigments à différentes plages de température et évaluent la différence de couleur entre l’échantillon en question et un standard qui a été traité à la température minimale.
Résistance à la lumière (Light fastness)
La lumière est un élément qui affecte le comportement des pigments dans un revêtement. Certains pigments inorganiques ne varient pas à l’exposition à la lumière, mais la plupart des pigments, et en particulier les pigments organiques, peuvent s’assombrir ou perdre complètement leurs couleurs.
La capacité de résistance à la lumière d’un pigment dépend de la composition chimique, la concentration de pigment, la modification des cristaux et la distribution de la taille des particules. Par ailleurs, les facteurs environnementaux peuvent affecter radicalement les résultats, comme la présence d’eau et de produits chimiques dans l’atmosphère ou dans le système de peinture.
En fonction de l’application, il est très important de choisir des pigments à haute résistance à la lumière.
Résistance aux intempéries (Weather Stability)
Pour les applications en extérieur, il est très important de tenir compte de la résistance aux intempéries des pigments. La résistance aux intempéries, liée à la résistance à la lumière, dépend également des conditions atmosphériques (y compris le sel de mer, les gaz résiduels des zones industrielles ou la très faible humidité dans les régions désertiques).
La résistance aux intempéries dépend des performances extérieures requises (durée de vie, région climatique…), de la concentration en pigments, de la présence de dioxyde de titane (qui peut réduire ou accélérer la décoloration selon le grade utilisé) et de la concentration et du type de stabilisateurs de lumière utilisés.
Insolubilidad (Insolubility)
Un pigment doit être insoluble dans le véhicule (le milieu dans lequel il est dispersé) et ne doit réagir avec aucun des composants de la peinture. Une fois sur le feuil sec, le pigment ne doit pas non plus être affecté par le substrat et les agents avec lesquels il entre en contact, y compris l’eau, qui peut être présente sous la simple forme de condensation, ou les atmosphères industrielles acides. Sous certaines conditions, les pigments peuvent se dissoudre et causer des problèmes lors de l’application.
La solubilité d’un pigment donne lieu aux problèmes suivants:
Blooming
Si le pigment se dissout dans le solvant, au fur et à mesure que la peinture sèche, le solvant remonte à la surface et s’évapore en laissant des cristaux de pigment à la surface sous forme de poudre fine. Comme la solubilité augmente avec la température, ce phénomène s’aggrave à haute température.
Plate out
Le « Plate out » ressemble à l’efflorescence mais se produit sur plastiques et revêtements en poudre. Toutefois, il n’est pas dû à la dissolution du pigment, mais au fait que la surface du pigment n’est pas suffisamment mouillée. Ce phénomène se produit surtout avec les pigments complexes et, une fois nettoyé de la surface, il ne réapparaît pas.
Bleeding
Los pigmentos en una película de pintura seca pueden disolverse en el solvente contenido en una nueva capa de pintura aplicada sobre la película original. Si la capa de acabado es de un color diferente, particularmente un color blanco o pálido, el resultado puede ser desastroso. Una vez más, las temperaturas elevadas agravan el problema.
Recristallisation
Ce phénomène peut se produire avec les peintures destinées aux broyeurs à billes. Au cours de la phase de broyage, il se produit une génération de chaleur qui dissout une partie du pigment. Au bout d’un certain temps, le « pigment » dissous commence à précipiter, perd de sa brillance et de sa force colorante. Cela est surtout visible avec les peintures contenant deux pigments de couleurs différentes ayant des caractéristiques de solubilité différentes. Le pigment le plus soluble se dissout et ensuite, à mesure qu’il sort de la solution et précipite, la peinture prend la teinte du second pigment. La recristallisation peut se produire même dans des systèmes aqueux. On peut l’éviter en utilisant des pigments moins solubles et/ou en contrôlant la température pendant le processus de dispersion.
Opacité ou pouvoir couvrant (Hiding power)
Le pouvoir couvrant est la capacité d’un revêtement pigmenté à cacher la surface sur laquelle il a été appliqué. Il dépend de la capacité du feuil à absorber et à diffuser la lumière. Il n’est pas seulement lié à la couleur, car si les couleurs sombres et saturées, comme les noirs et les bleus foncés, sont généralement opaques et les couleurs claires plus transparentes, il existe des pigments bleus organiques qui sont transparents et des pigments clairs comme le dioxyde de titane qui sont opaques.
Un facteur clé de l’opacité d’un pigment est son indice de réfraction (IR), qui mesure la capacité d’une substance à dévier la lumière. L’effet opacifiant est proportionnel à la différence entre l’indice de réfraction du pigment et celui du milieu dans lequel il est diffusé.
Les pigments inorganiques ont un indice de réfraction élevé et les pigments organiques ont des valeurs beaucoup plus faibles. Par conséquent, la plupart des pigments inorganiques sont opaques, tandis que les pigments organiques ont tendance à être plus transparents.
La distribution de la taille des particules du pigment est aussi un facteur qui joue un rôle important dans l’opacité. Étant donné que l’indice de réfraction d’un composé ne peut être modifié, le fabricant de pigments peut avoir une influence sur la taille des particules des pigments ; par conséquent, la sélection de la taille des particules est devenue l’un des progrès majeurs de la technologie des pigments au cours des dernières années.
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