Revêtements sol-gel « céramiques »

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sur les revêtements anti-adhérents
pour articles culinaires —
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Revêtements sol-gel « céramiques »
« Qui, Que, Quoi, Pourquoi et Comment »
Qu’est-ce que le sol-gel ?
ol (« Solution ») : une suspension colloïdale de fines particules en
milieu liquide qui subit une hydrolyse et une polymérisation par
condensation afin de former un « gel ». Ce phénomène se produit
lors de la phase d’activation (traitée ci-après).
Gel : un solide, gélatineux, possédant des propriétés allant de mou
et fragile à dur et résistant. Les gels sont définis comme des systèmes
réticulés dilués ne présentant aucun écoulement lorsqu'ils sont stables.
Lorsqu’un gel est appliqué en tant que revêtement et séché, cela produit
une pellicule dure vitreuse ayant l’apparence de la céramique.
S’agit-il de « céramiques » ?
Cette rubrique et d’autres,
peuvent être consultées sur
le site web « Product Knowledge », dans la section
« Coating Information ».
La technologie sol-gel est un hybride de chimie organique et inorganique. Les revêtements sol-gel sont décrits comme semblables à la
céramique ; ils présentent des caractéristiques propres de la céramique,
mais dans une moindre mesure. Comparés aux PTFE, les revêtements solgel sont plus durs (9H au test de dureté au crayon), et sont opérationnels
à des températures plus élevées (jusqu'à 450˚C).
« Céramique » est un terme générique dont les produits sont généralement divisés en 4 domaines : structurel (briques, conduites), réfractaire
(habillage des fours), faïence (vaisselle, poterie) et technique (ingénierie).
C’est pourquoi les revêtements sol-gel sont plus exactement « semblables
à la céramique ».
Lien entre sol-gel et articles culinaires ?
Il y a de nombreuses applications pour les produits sol-gel. Les scientifiques les utilisent pour produire des matériaux très légers ainsi que des
céramiques très résistantes.
Les revêtements en sont une des applications les plus répandus. Des
revêtements protecteurs et décoratifs sont appliqués sur le verre, le métal
et d'autres substrats. C’est dans ce domaine que les revêtements
« céramiques » pour les articles de cuisson ont évolués.
Différences entre les revêtements sol-gel
et les anti-adhérents classiques ?
Traditionnellement, les fabricants de revêtements anti-adhérents ont
formulé des systèmes non réactifs (pour les formulateurs, toute réaction
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chimique au sein des formulations est indésirable, car elle peut
modifier la qualité et les performances du revêtement
final). Les formulateurs reçoivent des matériaux prépolymérisés et les combinent afin de les rendre
aptes à des applications de revêtements.
Avec le sol-gel, c’est l’inverse : les
formulateurs partent des monomères et
créent le polymère au moyen d’une réaction
chimique. Ainsi, les systèmes sol-gel sont
réactifs.
Un revêtement liquide est produit à
partir de cinq éléments de base (Cf. section
« Qu’est-ce qu'un revêtement anti-adhérent ? »
www.productknowledge.com/what-isnonstick-coating-made-of.html) :
1. Le liant (ou résine) adhérant à la surface de l’ustensile. Il agit comme une « colle », donnant l’adhésion et la cohésion
mais aussi les propriétés fondamentales du revêtement.
2. Les pigments pour la couleur.
3. Les composants pour les propriétés anti-adhérentes.
4. Les agents de renforcement pour la solidité et la résistance à l’usure.
5. Le support (eau ou solvant), dans lequel les autres matériaux sont en suspension. Il
s’évapore lors de la cuisson du revêtement.
Avec la technologie sol-gel, le liant est créé pendant la phase de durcissement. Il fournit
une surface dure, comme de l’émail et donne une bonne anti-adhérence sans avoir de fluoropolymères (ex : PTFE).
Sans fluoropolymères, pourquoi les sol-gel sont-ils anti-adhérents ?
Le sol-gel est un matériau hybride. Il a la solidité de la silice avec un aspect très lisse et
une bonne anti-adhérence sans fluoropolymères. L’ingrédient anti-adhérent est incorporé
dans le revêtement.
Y a-t-il besoin d’un équipement spécial pour l’application ?
Les revêtements Sol-gel s’appliquent sur une ligne de pulvérisation traditionnelle. L’applicateur a besoin d’un équipement pour préparer la surface, soit des agitateurs standards, soit des
rouleaux, et une possibilité de préchauffage. Les articles doivent être préchauffés à environ 5070°C. Ensuite, le revêtement est cuit à des températures inférieures à celles des revêtements
anti-adhérents classiques.
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Comment procéder avec un sol-gel ?
Le processus implique : activation, filtration, préparation de la surface,
application.
Activation : avant l’activation, chaque composant doit être mélangé soigneusement,
les enduits ayant tendance à former des dépôts. Une fois bien mélangés, les composants
sont combinés en proportions spécifiques dans une cuve de mélange pour une durée donnée. Au cours du mélange, la réaction chimique entraîne une augmentation de la température du mélange. Remarque : la plupart des fabricants conditionnent les composants
dans les bonnes proportions afin d'éviter tous problèmes.
Filtration : comme pour tout revêtement, il est nécessaire de filtrer le produit
mélangé avant application.
Préparation de la surface : les substrats les plus communément utilisés avec les
sol-gel sont l’aluminium et l'acier inoxydable. Des apprêts spéciaux sont en cours
de développement en vue d’applications sur l'acier carboné et la fonte.
Comme pour tout revêtement, la préparation de la surface s’avère cruciale et doit être
correcte afin de garantir l’adhérence. Tout d’abord, les ustensiles doivent être dégraissés/
nettoyés pour supprimer les graisses de la surface, le sablage/grenaillage ne parvenant pas toujours à tout éliminer. Toute huile ou graisse peut contaminer le matériau de sablage et perturber
l’adhésion, surtout en cas d’utilisation répétée du matériau.
La plupart des ustensiles à revêtir avec du sol-gel ont une surface sablée, ce qui augmente
la rugosité de la surface et donne plus d’accroche au revêtement. Remarque : une préparation
inadéquate de la surface peut entraîner des problèmes de performance. Une surface trop lisse peut
réduire l’adhésion et les performances mécaniques. Une surface trop rugueuse peut provoquer une
infiltration du revêtement dans la surface, résultant en une finition brute et rugueuse.
Puis, les ustensiles sont préchauffés à une température spécifique, une autre étape importante.
Application : pour les sol-gel, il y a un délai spécifique au cours duquel le revêtement activé et
filtré doit être appliqué pour une efficacité maximale. Les revêtements sont appliqués avec les
équipements de pulvérisation traditionnels. Ils sont disponibles en systèmes monocouche ou
bicouches.
Le revêtement sol-gel doit être uniquement appliqué sur des parties préchauffées maintenues
à une température entre 50-70˚C pendant l’application. Sinon le revêtement pourrait ne pas
accrocher en raison de défauts de mouillage ou de pulvérisation à sec. Un thermomètre IR peut
aider à contrôler la température. Comme pour tous les revêtements, il existe une épaisseur sèche
requise qui doit être appliquée afin de garantir les performances. Les ustensiles sont ensuite cuits
dans des fours à convoyeur ou à charge.
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Différences de performances entre les revêtements sol-gel
et les revêtements PTFE ?
Les sol-gel présentent une bonne anti-adhérence initiale, un éclat exceptionnel et une bonne
résistance aux tâches. Parce qu’ils sont proches des céramiques, ils permettent des températures de travail continu élevées, une surface robuste et une bonne résistance à l’abrasion.
Anti-adhérence : les propriétés anti-adhérentes initiales des sol-gel sont excellentes et
même supérieures à celles de nombreux revêtements PTFE anti-adhérents conventionnels.
Cependant, les céramiques reposant sur la chimie des siloxanes, les caractéristiques anti-adhérentes sont susceptibles de diminuer dans le temps. Une utilisation et un entretien adéquats
influent significativement sur la durée de vie des propriétés anti-adhérentes. En comparaison,
les revêtements PTFE conventionnels offrent une très bonne anti-adhérence plus longtemps.
Résistance à l’abrasion : les systèmes céramiques sont plus durs et moins ductiles que les
revêtements PTFE.
Résistance à la température : les revêtements céramiques résistent à des températures de
450˚C. Cependant, les propriétés anti-adhérentes commencent à fléchir lors d'expositions
prolongées à des températures supérieures à 350˚C. Le revêtement reste fonctionnel grâce
à la grande dureté de la matrice. En comparaison, les revêtements PTFE conventionnels
commencent à se détériorer à 260˚C.
Résistance aux tâches : appliqués correctement, les revêtements céramiques possèdent
une très bonne résistance aux tâches, même en blanc. Les revêtements PTFE sont un peu
moins résistants aux tâches, notamment les couleurs claires.
Couleurs : les revêtements sol-gel peuvent être conçus dans divers coloris, comme bleu,
vert, rouge et même le « blanc électroménager ». Ils conserveront leur couleur à haute
température. Ce n’est pas le cas des revêtements PTFE, qui sont généralement noirs ou gris.
Application : les sol-gel sont faciles à appliquer en se conformant aux indications du
fabricant. Cela inclus un bon contrôle du processus et le respect des températures et des
temps de rétention ciblés. Ces paramètres influencent l’adhésion, l’épaisseur du revêtement et
les caractéristiques esthétiques. Des problèmes d’adhésion et de tâches peuvent être
attribués à des températures inadéquates lors de l’application.
Pourquoi les revêtements sol-gel ont-ils gagné
la reconnaissance du marché ?
Ces revêtements donnent une esthétique toute nouvelle aux articles de cuisson, avec des
couleurs blanches et claires, une forte brillance et la capacité de résister à des températures
plus élevées que les revêtements traditionnels. La préoccupation de l’EPA, l’Agence de Protection de l’Environnement des Etats-Unis, au sujet des PFOA s’est également avérée comme une
opportunité commerciale pour les revêtements ne comportant pas de PFOA ni de PTFE, et en
particulier pour les sol-gel (pour plus d’informations sur l’accord entre l’EPA et les principaux
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fabricants pour la réduction du PTFE et l’élimination du PFOA, veuillez consulter notre mise à
jour dans notre prochaine newsletter).
Les PFOA et le PTFE sont-ils le même produit ?
Non, bien que certaines sources les ont définis à tort comme s’ils étaient identiques. Le
PFOA était utilisé en faibles concentrations en tant que tensioactif lors de la fabrication du
PTFE. Cette pratique a largement disparue, et les principaux fabricants l'abandonneront
définitivement fin 2015. Les revêtements PTFE ont toujours une excellente réputation forgée
au cours de plus de 70 ans d’utilisation sûre, et sont l’un des produits les plus sûrs jamais
mis sur le marché.
Tous les revêtements sol-gel sont-ils identiques ?
Non, de la même manière que tous les revêtements PTFE ne sont pas égaux.
Il existe de nombreuses différences. Les systèmes sol-gel sont habituellement des multicomposants. Par exemple, un revêtement sol-gel monocouche disposera de 2 composants
ou plus à mélanger. Pour un bicouche, chaque couche est obtenue en mélangeant plusieurs
composants pour chaque couche, qui seront appliquées conformément aux instructions du
fabricant. Le nombre de composants par couche dépend du fabricant et varie d’un produit à
l’autre. D’autre part, certains nécessitent un temps de mélange de 24 heures, tandis que
d’autres ne requièrent que trois heures.
Certains des nouveaux revêtements sol-gel présentent un pouvoir anti-adhérent deux fois
plus important que les autres revêtements. Quelques-uns forment des revêtements plus
fermes et plus cohésifs, ce qui améliore leur résistance aux tâches. Ces derniers, pour les
mêmes raisons, ont un éclat plus attractif en points de vente. Il existe même une marque de
revêtements sol-gel « céramiques » dont la conformité avec la réglementation a été entièrement contrôlée, et qui bénéficie d’un document officiel attestant de sa conformité avec les
réglementations européennes et américaines pour le de contact alimentaire.
Veuillez consulter votre fournisseur pour vérifier que vous disposez du revêtement sol-gel
correspondant exactement à vos besoins, car ce ne sont pas tous les mêmes.
Pourquoi les revêtements sol-gel sont dit
« verts » ou « respectueux de l’environnement » ?
De nombreuses lignes d'articles de cuisson qui utilisent un revêtement sol-gel
« céramique » se disent « vertes » ou « respectueuses de l’environnement » car il ne
contient pas de PFOA ou de PTFE.
En règle générale, les « qualités environnementales » doivent considérer tous les facteurs, y compris la durée de vie. La durée de vie de l’anti-adhérence de la plupart des
revêtements sol-gel est plus courte que celle des produits à revêtement PTFE traditionnels.
Ils s’usent donc plus rapidement, amenant le consommateur à acheter plusieurs produits sur
une période correspondant à la durée de vie d’un seul produit disposant d’un des meilleurs
revêtements PTFE traditionnels.
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Cela implique les conséquences suivantes :
• Plus de matériaux utilisés pour la fabrication des produits,
• Plus d’énergie utilisée pour la fabrication et le transport,
• Plus de produits (et d’emballages) mis au rebut ou retraités.
En outre, la plupart des revêtements PTFE proposés par les principaux fabricants sont
disponibles en formulations sans PFOA, conformément aux directives de l'EPA.
Tous ces facteurs doivent être pris en considération lors de la suggestion de qualités
environnementales.
Pour plus d’informations sur ce sujet, veuillez nous contacter à l’adresse indiquée ci-après
ou au travers de notre site Web.
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PKN newsletter II, Winter 2013
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