Contrôle de la qualité et sélection des produits pour les encres et les peintures à l'aide de la NIRS

Nous rencontrons quotidiennement de l'encre et de la peinture. Ces matériaux sont utilisés pour l'écriture et l'impression, la protection contre les éléments, des raisons esthétiques et bien d'autres choses encore. Nos archives historiques existent en grande partie grâce à ces substances. Comment les peintures et les encres sont-elles fabriquées et quelles sont les mesures de contrôle de la qualité (CQ) prises ? Cet article de blog couvre un bref historique de cette industrie, le processus de fabrication, et comment la spectroscopie proche infrarouge (NIRS) peut être utilisée comme une solution multiparamétrique de contrôle de la qualité.

Quelle est la différence entre la peinture et l'encre ?

La peinture est une substance appliquée sous forme de liquide ou de pâte qui sèche pour former un revêtement solide. Ce revêtement protège et/ou ajoute de la couleur à l'objet ou à la surface sur laquelle il a été appliqué.

L'encre est un liquide à base de pigments ou de colorants utilisé pour l'écriture, l'impression, etc.

Origines et bref aperçu historique de l'encre et de la peinture

Cliquez sur les flèches ci-dessous pour en savoir plus sur les origines et l'histoire de ces deux matériaux.

De quoi la peinture est-elle composée ?

La peinture se compose généralement d'un pigment, d'une résine, d'un solvant et d'additifs.

Comment la peinture est-elle fabriquée ?

Le processus de production de la peinture peut être divisé en quatre étapes de base. Tout d'abord, la pâte est fabriquée (figure 1), puis les pigments sont broyés et dispersés à des fins d'homogénéité (figure 2). La troisième étape consiste à diluer la pâte (figure 3) et, enfin, à conditionner le produit final (figure 4).

Cependant, des ingrédients différents nécessitent une adaptation du processus de production, et l'exemple présenté est une généralisation. Les revêtements sont fabriqués par lots et des tests rigoureux sont appliqués tout au long du processus de production pour garantir la qualité.

Contrôle de la qualité et filtrage des encres et des peintures

Le contrôle de la qualité (CQ) des encres et des peintures peut être effectué facilement à tous les stades de la production grâce à la spectroscopie dans le proche infrarouge (NIR). L'utilisation de la spectroscopie proche infrarouge pour le contrôle de la qualité et le dépistage des encres et des peintures est plus efficace et plus rentable que d'autres méthodes analytiques.

Le reste de cet article de blog présente une brève vue d'ensemble de la spectroscopie NIR et de ses applications pour l'industrie des encres et des peintures. Des exemples sont fournis sur la façon dont les producteurs d'encres et de peintures peuvent bénéficier de l'utilisation d'instruments NIRS pour l'assurance et le contrôle de la qualité afin de fabriquer des produits de haute qualité.

Spectroscopie NIR - comment fonctionne-t-elle ?

La spectroscopie NIR est une technique analytique qui utilise l'interaction entre la lumière et la matière pour déterminer les paramètres chimiques et physiques d'un échantillon. Dans ce cas, la lumière est décrite par la longueur d'onde ou le nombre d'ondes plutôt que par l'énergie appliquée. L'interaction peut être mesurée, par exemple, avec l'analyseur de liquide Metrohm DS2500 (figure 5a), qui génère des spectres NIR (figure 5b).

La NIRS étant très sensible à la présence de certains groupes fonctionnels moléculaires, c'est une technique idéale pour quantifier de nombreux paramètres chimiques. La teneur en substances non volatiles, les composés organiques volatils, la teneur en colorants, la teneur en agents tensioactifs et l'humidité peuvent être mesurés simultanément dans la peinture ou l'encre. Même la détection de paramètres physiques tels que la densité et la viscosité est possible avec la NIRS.

Un seul spectre NIR contient toutes ces informations, ce qui rend la spectroscopie proche infrarouge adaptée à l'analyse rapide de plusieurs paramètres.

Choix du mode de mesure NIRS

Le mode de mesure NIRS dépend du type d'échantillon à analyser.

Lors de l'analyse de liquides, le mode de transmission est approprié (figure 6). Pendant la transmission, la lumière NIR est absorbée lorsqu'elle traverse l'échantillon, et la lumière non absorbée va directement au détecteur.

Lors de l'analyse des pâtes, le mode de transflection est préféré (figure 7). Ici, un tampon d'or est utilisé comme réflecteur diffus. Dans ce cas, la lumière proche infrarouge est dirigée à travers l'échantillon de pâte tout en étant absorbée et réfléchie par le tampon d'or. La lumière proche infrarouge réfléchie est absorbée par l'échantillon et atteint finalement le détecteur.

Avantages de l'utilisation de la NIRS à des fins de contrôle de qualité et de dépistage

La spectroscopie dans le proche infrarouge présente plusieurs avantages par rapport à d'autres techniques d'analyse, notamment en matière de contrôle de la qualité et de dépistage.

La NIRS est rapide et fournit des résultats en moins d'une minute. Aucune préparation d'échantillon n'est nécessaire, ce qui permet de gagner encore plus de temps. Les mesures sont non destructives et les échantillons peuvent donc être réutilisés. Aucun réactif n'est nécessaire lorsque la spectroscopie NIR est utilisée pour l'analyse. Cela permet non seulement de réduire le coût par échantillon, mais aussi de rendre cette technique respectueuse de l'environnement.

La NIRS est également conforme aux normes internationales telles que l'ASTM E1655 : Standard Practices for Infrared Multivariate Quantitative Analysis, ce qui facilite son adoption par les industries. Enfin, la NIRS est facile à utiliser et peut être exploitée par du personnel non technique, contrairement à d'autres techniques d'analyse plus complexes.

Contrôle de la qualité et paramètres de sélection pour la production d'encres et de peintures

Les encres et les peintures sont soumises à plusieurs méthodes d'essai normalisées afin de déterminer leurs propriétés chimiques et physiques. Ces essais en laboratoire sont indispensables à la recherche et au développement, ainsi qu'au contrôle de la qualité. Le tableau 1 énumère les paramètres d'essai les plus pertinents pour le contrôle de la qualité et la sélection des encres et des peintures.

Des exemples d'application montrant la capacité de la NIRS à analyser simultanément plusieurs de ces paramètres à partir du même échantillon sont présentés dans les sections suivantes.

Exemple d'application : Contrôle de la qualité de l'encre à l'aide de la NIRS

Lors des contrôles de qualité effectués au cours de la production des encres, les paramètres typiques mesurés sont la teneur en colorant, en diéthylène glycol (DEG), en agent tensioactif et en eau. Le colorant (par exemple, triphénylméthane/phénazine ou colorants azoïques) donne sa couleur à l'encre. Le diéthylène glycol est utilisé comme solvant et empêche l'encre de sécher. Les surfactants contrôlent la texture et empêchent l'encre de mousser.

Ces paramètres sont généralement contrôlés à l'aide de différentes techniques analytiques, notamment l'incinération, le titrage et le titrage Karl Fischer. La préparation des échantillons prend du temps et l'utilisation de plusieurs méthodes de détermination est fastidieuse. L'utilisation de la NIRS permet de mesurer simultanément plusieurs paramètres de contrôle de la qualité de l'encre et d'obtenir des résultats en moins d'une minute.

Les spectres NIR de plusieurs échantillons d'encre sont présentés à la figure 8 et le diagramme de corrélation correspondant pour la prédiction de la teneur en colorants à la figure 9. Les chiffres de mérite pour la prédiction NIRS du colorant, du DEG, de l'agent tensioactif et de l'eau dans l'encre sont indiqués dans le tableau 2.

Exemple d'application : Contrôle de la qualité des sécheurs de peinture à l'aide de la NIRS

Les déshydrateurs de peinture réduisent le temps de séchage des peintures et affectent la brillance et la clarté du revêtement. Dans ce cas, les principaux paramètres de contrôle de qualité sont la teneur en métal, la teneur en solides, la viscosité et la densité.

Toutes les procédures de test de référence pour ces paramètres sont spécifiées dans les procédures—ASTM D2373, ASTM D1644, ASTM D5125, et ASTM D2196. Chaque norme utilise différents instruments d'analyse pour les mesures : balances et fours, titrateurs, hydromètres et viscosimètres. En revanche, l'utilisation de la NIRS pour mesurer tous ces paramètres simultanément permet de gagner beaucoup de temps et de réduire les coûts par analyse.

Résumé

La NIRS est un excellent choix pour le contrôle de la qualité et le dépistage des encres et des peintures tout au long de la chaîne de production, des matières premières aux produits finis. Ses avantages par rapport aux autres techniques d'analyse ne peuvent être sous-estimés. La possibilité d'effectuer une analyse multiparamétrique sur un seul échantillon et d'obtenir des résultats en moins d'une minute permet d'économiser une quantité incroyable de temps et d'argent.

Les techniques de laboratoire conventionnelles nécessitent généralement un préconditionnement de l'échantillon ou des produits chimiques, ainsi qu'un personnel qualifié pour effectuer les analyses. Chaque paramètre est mesuré à l'aide d'un instrument différent, et les résultats sont donc beaucoup plus longs à produire.

Informations à retenir

Note d'aplication : Dye, diethylene glycol, water and surfactant content in ink

Note d'application : Butyl glycol and propylheptyl alcohol in water-borne paint

Note d'application : Determination of amine number and solid content of dipping paint

Note d'application : Cobalt content, solids content, specific weight and viscosity in cobalt octoate

Note d'application :  Rheological additive and wax in packaging paint by Vis-NIR spectroscopy – Multiple parameters with one measurement

Application Bulletin: Analysis of lacquers and paints using near-infrared spectroscopy

Metrohm DS2500 Analyzers