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Les premières expériences menées autour des faisceaux d’électrons l’ont été déjà en 1920 aux États-Unis, mais ce n’est qu’en 1960 que l’on a tenté pour la première fois de faire durcir des vernis par le procédé EBC (Electron Beam Curing). En EBC, un faisceau d’électrons induit une réticulation dans une couche de revêtement appliquée, ce qui implique en fait une polymérisation radicalaire telle que nous la connaissons en chimie organique. Cette réticulation n’est possible que si le vernis contient des doubles liaisons, par exemple, sous la forme de groupes éthylène, propylène, vinyle ou acrylate. Ces derniers sont particulièrement en vogue pour leur association de propriétés.

Accélération des électrons dans un champ électrique

Les électrons sont générés par conduction d’un courant électrique à travers un filament de tungstène, puis accélération de celui-ci dans un champ électrique appliqué. Cette opération s’effectue dans une enceinte sous vide, fermée par une fenêtre en feuille en titane, perméable aux électrons. La technique se prête essentiellement à l’exposition de produits planes, bien que la portée des électrons soit suffisante pour traiter une certaine hauteur de profil.

Le produit sur lequel le vernis ou l’encre sont appliqués est ensuite dirigé sous la fenêtre en titane pour y être exposé au faisceau. Une atmosphère inerte est nécessaire parce que la présence d’oxygène provoque l’apparition d’un certain nombre de liaisons réactives indésirables dans la couche. On se sert à cet effet d’azote à au moins 99,98 % de pureté, soit une teneur en oxygène de moins de 200 ppm.

Dose et densité d’énergie

Le procédé EBC connaît essentiellement deux variables : la dose et la densité d’énergie des électrons. La dose, qui est la quantité d’électrons dont le vernis est bombardé, dépend de la température du filament, fonction de l’intensité de courant et/ou de la tension. La dose détermine la vitesse de réticulation, ou le degré de réticulation qui peut être obtenu en combinaison avec un certain débit.

Le champ électrique à haute tension qui est appliqué détermine l’énergie des électrons, et dès lors, leur profondeur de pénétration dans l’encre ou le vernis à durcir. Pour les vernis et les encres, une tension de 70 kV à 300 kV est généralement adéquate. Elle donne une profondeur de pénétration d’environ 15 et 500 μm respectivement, encore que celle-ci dépende aussi de la densité du coating. Il est important de bien régler la tension, parce que si elle est trop basse, la couche de revêtement ne durcit pas à coeur, et si elle est trop élevée, le support risque d’être inutilement influencé, ce qui, en plus de consommer de l’énergie pour rien, risque de provoquer une décoloration.

Faible consommation d’énergie sans rejets

Le procédé EBC présente un certain nombre d’avantages significatifs par rapport aux peintures humides et aux vernis en poudre. Primo, il ne fait intervenir absolument aucun solvant, organique ou autre, ce qui le rend respectueux de l’environnement, sans émissions de CO2. Pour pouvoir utiliser les matériaux pour les procédés d’enduction, on ajoute uniquement, comme « solvants  », des polyéthylènes glycols (PEG), acrylates de propylène glycol (PGA) ou autres composés de faible masse moléculaire.

Un autre avantage est la faible consommation d’énergie. Si des questions comme le refroidissement interviennent dans les calculs, les différences sont considérables. Les émissions de CO2 sont également plusieurs fois moindres. En outre, les réactions de réticulation avec le procédé EBC sont rapides et complètes. Les autres avantages sont notamment la résistance aux rayures, la résistance chimique et la solidité des couleurs.

Levée des barrières initiales à l’adoption du procédé EBC

Les coûts initiaux qu’il implique restent un obstacle important à la conversion au procédé EBC. Ceux-ci sont liés à la chambre à vide, à l’alimentation haute tension et à l’obligation de créer une atmosphère inerte. Mais vu les caractéristiques inégalées de la couche de revêtement ainsi obtenue et compte tenu des aspects écologiques, des questions comme la consommation d’énergie et l’absence de production d’eaux usées et d’émissions gazeuses vont peser d’un poids toujours plus lourd à l’avenir. Des choses se passent, et RadTech Europe se donne pour priorité de faire prendre conscience à l’industrie de la qualité et de la valeur ajoutée intrinsèques du procédé EBC. L’une des plates-formes desservant cet objectif est le congrès-exposition bisannuel de RadTech Europe, qui se tient cette année du 15 au 17 octobre à Bâle (Suisse).