Points clés de cet article :
- Les technologies à base aqueuse sont de plus en plus utilisées pour réduire les émissions de COV, améliorer la sécurité et favoriser des structures de matériaux plus facilement recyclables.
- La transition ne se limite pas au remplacement des solvants : les revêtements à base aqueuse peuvent également offrir des alternatives aux couches barrières conventionnelles en plastique.
- Le passage à une chimie à base aqueuse ne consiste pas simplement à remplacer un liquide par un autre : il implique des applications, des chimies et des procédés de production différents.
- Les formulations à base aqueuse posent de nouveaux défis en matière de séchage, certaines formulations biosourcées étant particulièrement sensibles à la manière dont l’eau est éliminée.
- À l’échelle industrielle, les applications à base aqueuse peuvent obliger les fabricants à adapter leur procédé de séchage afin de gérer des charges d’évaporation plus élevées sans limiter la vitesse de production ni compromettre la qualité du produit.
Les exigences environnementales font évoluer la chimie des revêtements
Dans les industries du papier, de l’emballage et de la transformation, les exigences croissantes en matière de réduction des émissions, de sécurité de la production, d’amélioration de la recyclabilité et de diminution de l’utilisation de matières premières d’origine fossile font évoluer la chimie appliquée aux matériaux en bande.
Les revêtements, adhésifs et autres traitements fonctionnels confèrent au papier, aux films et à d’autres substrats les propriétés requises pour leur application finale. Ils peuvent créer des barrières contre l’eau, l’huile ou les graisses, permettre à une étiquette d’adhérer à une surface, améliorer l’imprimabilité, apporter des propriétés de thermoscellage ou ajouter d’autres fonctionnalités au substrat.
Traditionnellement, nombre de ces fonctions reposent sur des chimies à base de solvants, des couches plastiques ou d’autres matériaux offrant d’excellentes performances, mais pouvant présenter des défis en matière d’émissions, de sécurité, de recyclabilité ou d’impact environnemental. Aujourd’hui, les fabricants explorent de plus en plus les alternatives à base aqueuse.
Des formulations à base de solvants aux formulations à base aqueuse
Les solvants tels que le toluène et la MEK jouent traditionnellement un rôle important dans les revêtements et adhésifs industriels. Ils permettent notamment un excellent mouillage et une application maîtrisée, tandis que leur volatilité favorise une évaporation rapide ; ils restent d’ailleurs indispensables pour certaines applications exigeantes. Ils présentent toutefois aussi des inconvénients. De nombreux solvants organiques sont des composés organiques volatils (COV) qui sont libérés dans l’air pendant le séchage. Les émissions de COV ont un impact négatif sur l’environnement et contribuent à la pollution atmosphérique. Leur utilisation peut donc nécessiter des mesures supplémentaires en matière de ventilation, de traitement des émissions, de protection incendie et de sécurité contre les explosions.
Au lieu de dissoudre ou de transporter la matière fonctionnelle dans un solvant organique, les formulations à base aqueuse utilisent l’eau comme principal véhicule et contiennent peu ou pas de COV. Elles réduisent ainsi les émissions de COV et l’utilisation de solvants organiques potentiellement nocifs, ce qui en fait une alternative plus respectueuse de l’environnement et plus sûre pour de nombreuses applications. Parmi les exemples figurent les dispersions acryliques et polyuréthanes, les revêtements barrières à base aqueuse, les primaires et une grande variété d’adhésifs. Les adhésifs à base aqueuse sont déjà largement utilisés pour le papier, les étiquettes, les rubans adhésifs et les emballages, tandis que les développements se poursuivent afin d’élargir leur champ d’application.
Pour les fabricants et les transformateurs, le passage de chimies à base de solvants à des chimies à base aqueuse peut toutefois créer de nouveaux défis de production. Il ne s’agit pas simplement d’un changement de chimie. Les exigences du procédé de production peuvent elles aussi évoluer. Différentes formulations peuvent nécessiter des conditions de procédé différentes et imposer de nouvelles contraintes en matière de vitesse de production, de consommation d’énergie, de stabilité du procédé et d’équipements existants.
Le remplacement des barrières plastiques modifie le procédé de production
Le passage d’une chimie à base de solvants à une chimie à base aqueuse n’est pas la seule évolution qui favorise l’utilisation des technologies à base aqueuse. Dans le papier et le carton, les fabricants cherchent également à réduire les couches barrières conventionnelles en plastique tout en conservant les fonctionnalités requises pour l’application finale.
Les emballages alimentaires, par exemple, peuvent devoir résister à l’eau, à l’humidité, à l’oxygène, aux huiles et aux graisses. Traditionnellement, certaines de ces propriétés sont obtenues par l’ajout de polyéthylène ou d’autres couches barrières en plastique. Face à la demande croissante d’emballages recyclables à base de fibres et à la volonté de réduire l’utilisation du plastique, les fournisseurs de produits chimiques, les papetiers et les transformateurs développent de nouvelles technologies de barrières fonctionnelles. Les revêtements en dispersion à base aqueuse font partie des solutions introduites pour réduire ou remplacer ces couches plastiques conventionnelles.
Ces revêtements deviennent de plus en plus sophistiqués. De nouvelles formulations sont développées afin de combiner des fonctions telles que la résistance à l’humidité, à l’oxygène et aux graisses et, dans certains cas, des propriétés de thermoscellage, tout en préservant la recyclabilité et les performances des emballages à base de papier. La transition vers une résistance aux graisses sans PFAS constitue un moteur supplémentaire pour le développement de nouvelles technologies barrières.
Cela signifie que le passage à une chimie à base aqueuse ne consiste pas toujours à remplacer un revêtement à base de solvants par une alternative à base aqueuse. Il peut également introduire une chimie à base aqueuse dans un procédé de production qui fonctionnait auparavant de manière très différente. Une barrière en polyéthylène appliquée par extrusion, par exemple, consiste à déposer un polymère fondu puis à le refroidir. Lorsque cette fonctionnalité est remplacée par un revêtement à base aqueuse, un liquide est appliqué et l’eau doit ensuite être évaporée. Cela introduit une exigence de séchage totalement différente dans le procédé de production
Le biosourcé ajoute une nouvelle dimension
Parallèlement, les fabricants ne s’intéressent plus uniquement au liquide porteur. À base aqueuse ne signifie pas automatiquement biosourcé. Une dispersion acrylique à base aqueuse, par exemple, peut encore contenir des polymères provenant en grande partie de matières premières d’origine fossile. L’intérêt pour le remplacement d’au moins une partie de ces matières par des alternatives renouvelables est toutefois croissant. L’amidon est déjà bien établi dans les applications papetières et adhésives. D’autres développements concernent notamment la cellulose et la nanocellulose, les polymères naturels et d’autres matières premières renouvelables.
Cela ajoute une troisième évolution à la transition vers les technologies à base aqueuse. Parallèlement au passage des revêtements et adhésifs à base de solvants vers des alternatives à base aqueuse, et au remplacement des barrières plastiques conventionnelles par des revêtements barrières à base aqueuse, les fabricants cherchent également à remplacer les matières fonctionnelles d’origine fossile par des alternatives partiellement ou entièrement biosourcées. Ces évolutions se rejoignent de plus en plus dans de nouvelles formulations et applications.
Cela peut entraîner des défis supplémentaires au niveau du procédé. Certaines formulations biosourcées nécessitent des quantités d’eau relativement importantes, tandis que leurs propriétés finales peuvent être sensibles à la manière dont cette eau est éliminée. Le procédé de séchage peut donc devenir encore plus important lorsque ces matériaux passent à l’échelle industrielle.
Qu’est-ce que cela signifie pour les fabricants et les transformateurs ?
Pour les entreprises qui transforment ces matériaux, le défi consiste à convertir de nouvelles formulations en procédés industriels fiables. Les entreprises de couchage à façon peuvent devoir intégrer de nouvelles formulations pour leurs clients, les fabricants de papiers spéciaux peuvent ajouter de nouvelles fonctionnalités à leurs produits, tandis que les fabricants de rubans adhésifs, d’étiquettes et d’emballages peuvent adopter de nouvelles technologies d’adhésifs et de barrières.
Une formulation performante en laboratoire doit également fonctionner de manière constante sur une ligne de production industrielle. À des vitesses de bande et des grammages d’application plus élevés, les différences de méthode d’application, de conditions de procédé et de temps de traitement disponible peuvent influencer le comportement de la formulation.
Le passage à l’échelle industrielle n’est donc pas seulement un défi technique, mais aussi une nécessité commerciale. Les nouveaux matériaux doivent pouvoir être transformés de manière fiable et efficace à des vitesses de production qui les rendent économiquement viables. La capacité à atteindre un débit suffisant à un coût compétitif peut, en définitive, déterminer si une nouvelle technologie prometteuse dépasse le stade des applications de niche et parvient à une adoption plus large sur le marché.
Le passage à une chimie à base aqueuse ne constitue donc pas une simple substitution de matériau. Il peut également imposer des exigences différentes au procédé de production et aux équipements.
De nouvelles chimies et de nouveaux procédés entraînent de nouvelles exigences de séchage
L’une des principales conséquences sur le procédé concerne le séchage. Lorsqu’un liquide à base aqueuse est appliqué sur une bande, l’eau doit ensuite être éliminée. À l’échelle industrielle, les quantités concernées peuvent être considérables. La charge d’évaporation dépend de la combinaison de nombreuses variables, telles que la largeur de bande, la vitesse de production, le grammage d’application et la teneur en matières sèches. Ensemble, ces variables déterminent la quantité d’eau qui doit être éliminée pendant le temps de séchage disponible.
Cela soulève une question importante pour les entreprises qui introduisent de nouvelles applications à base aqueuse : le procédé de séchage existant peut-il gérer la charge d’évaporation requise sans limiter la vitesse de production ni compromettre la qualité du produit ?
Ce sera le sujet de notre prochain article.
