Brevet FR3117405A1 — publié le 20220617

La présente invention concerne un élément protecteur, anti-corrosion et promoteur d’adhérence pour une protection nue ou l’application d’un revêtement comprenant au moins une première couche en un matériau ferreux, non-ferreux, composite, verre ou polymère, caractérisé en ce que l’élément comprend en outre au moins une deuxième couche formée par flammage, à base d’un composé silicé comprenant un ou plusieurs groupement(s) silicium-oxygène, porté par un gaz porteur de type oxygène ou dioxygène (O 2 ). Elément protecteur, anti-corrosion et promoteur d’adhérence pour protection nue ou application d’un revêtement La présente invention se rapporte à un élément protecteur, anti-corrosion, et promoteur d’adhérence pour une protection nue ou l’application d’un revêtement comprenant une couche à base d’un composé silicé, ainsi qu’à un procédé de fabrication dudit élément protecteur, anti-corrosion et promoteur d’adhérence. Elle s’applique typiquement, mais non exclusivement, aux domaines de la peinture sur aluminium dans l’automobile tels que les barres de toit sur un véhicule. Les barres de toit sur un véhicule sont utilisées pour permettre de transporter des éléments sur le toit. Cette barre de toit peut présenter des propriétés d’anticorrosion, grâce notamment à un traitement type anodisation ainsi que l’application d’un tri-couche primaire, base et vernis appliqué sur la face extérieure de la barre de toit. Cependant, les traitements de surfaces chimiques type anodisation utilisent des composés chimiques tels que le chrome VI qui sont interdits d’utilisation pour les risques de cancer sans effet de seuil chez l’homme qui sont très importants. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques de l’art antérieur en proposant un élément protecteur, anti-corrosion et promoteur d’adhérence pour une protection nue ou l’application d’un revêtement tout en garantissant les normes REACH. La présente invention a pour objet un élément protecteur, anti-corrosion et promoteur d’adhérence pour une protection nue ou l’application d’un revêtement comprenant au moins une première couche en un matériau ferreux, non-ferreux, composite, verre ou polymère, caractérisé en ce que l’élément comprend en outre au moins une deuxième couche à base d’un composé silicé comprenant un ou plusieurs groupement(s) silicium-oxygène. Grâce à l’invention, l’élément permet de garantir de très bonnes propriétés d’anticorrosion du fait de sa fonction de barrière contre l’oxygène et l’humidité ainsi que de très bonnes propriétés promotrices d’adhérence, tout en évitant l’utilisation d’éléments proscrits par la réglementation REACH. En outre, l’élément de l’invention est facile à fabriquer et garantit des propriétés homogènes sur l’ensemble de la surface traitée par la deuxième couche. La deuxième couche L’élément de l’invention comprend au moins une première couche en matériau ferreux, non-ferreux, composite, verre ou polymère, et en outre une ou plusieurs deuxième couche(s) à base d’un composé silicé, ledit composé silicé comprenant un ou plusieurs groupement(s) silicium-oxygène (Si-O). Dans la présente invention, on entend par couche « à base de » une couche comprenant ledit composé silicé. En outre, un groupement « silicium-oxygène » signifie un groupement constitué d’un atome de silicium lié de façon covalente à un atome d’oxygène (Si-O). La deuxième couche de l’invention peut comprendre au moins 50% en poids dudit composé silicé, de préférence au moins 60% en poids dudit composé silicé, et de façon particulièrement préférée au moins 80% en poids dudit composé silicé, par rapport au poids total de la deuxième couche. Dans un mode de réalisation particulier, la deuxième couche peut comprendre uniquement un ou plusieurs composé(s) silicé(s) selon l’invention. Dans la présente invention, la deuxième couche peut être déposée directement sur la surface de la première couche. A ce titre, la deuxième couche est directement en contact physique avec la première couche. Selon un autre mode de réalisation, la deuxième couche peut être déposée indirectement sur la surface de la première couche. A ce titre, une ou plusieurs couche(s) additionnelle(s) peuvent être intercalée(s) entre la première couche et la deuxième couche. Ainsi la deuxième couche n’est pas directement en contact physique avec la première couche. La deuxième couche peut être une couche comprenant différents types de composés silicés. Selon une première variante, la deuxième couche peut être une couche de silicate ou une couche d’organo-silicate. La couche de silicate ou d’organo-silicate peut être obtenue à partir d’un composé silane. Ledit composé silane peut être choisi parmi un silane hydrocarboné, un fluorosilane, un silicate, un organo-silicate, et un de leurs mélanges. A titre d’exemple préféré : - le silane hydrocarboné peut être le tétraméthysilane (TMS) ; - le fluorosilane peut être le triéthoxyfluorosilane (TEOF) ; - le silicate est le composé SiO 4 ; - l’organo-silicate peut être choisi parmi le tétraéthoxysilane (TEOS), le tétraméthoxylsilane (TMOS), et un de leurs mélanges ; Selon une deuxième variante, la deuxième couche peut être une couche de polysiloxane. La couche de polysiloxane peut être obtenue à partir d’un monomère de siloxane ou d’un monomère de silazane. A titre d’exemple préféré : - le monomère de siloxane peut être choisi parmi l’hexaméthyldisiloxane (HMDSO), le tétraméthyldisiloxane (TMDSO), l’octaméthylcyclotétrasiloxane (OMCTSO), et un de leurs mélanges ; - le monomère de silazane peut être l’hexaméthyldisilazane (HMDSN). Dans un mode de réalisation particulier, la deuxième couche peut comprendre une ou plusieurs couche(s), chacune de ces couches pouvant être obtenues indépendamment selon la première variante ou selon la deuxième variante. La deuxième couche conforme à l’invention peut avoir une épaisseur d’au plus 150 nm, et de préférence une épaisseur allant de 20 à 50 nm. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la deuxième couche peut être une couche hydrophile. Dans la présente invention, on entend par « hydrophile » un matériau ou une couche dont la surface présente un angle de contact (ou angle de goutte) strictement inférieur à 80°, et de préférence supérieure ou égale à 0°. La mesure de l'angle de contact rend compte de l'aptitude d'un liquide à s'étaler sur une surface par mouillabilité. La méthode consiste à mesurer l'angle de la tangente du profil d'une goutte déposée sur le matériau ou la couche, avec la surface du matériau ou de la couche. Cet angle de contact est typiquement mesuré à l’aide d’un goniomètre, à 25°C, en utilisant de l’eau distillée. La première couche L’élément de l’invention comprend une ou plusieurs première(s) couche(s) en un matériau ferreux, non-ferreux, composite, verre ou polymère. La première couche peut comprendre au moins 50% en poids de matériau, de préférence au moins 60% en poids de matériau, et de façon particulièrement préférée au moins 80% en poids de matériau, par rapport au poids total de la première couche. Dans un mode de réalisation particulier, la première couche peut comprendre uniquement ledit matériau. Le procédé de fabrication de l’élément Un autre objet de l’invention est un procédé de fabrication de l’élément. L’élément de l’invention est facile à fabriquer et garantit des propriétés homogènes sur l’ensemble de la surface traitée par la deuxième couche. Selon le mode de réalisation propre à l’invention, la deuxième couche va être formée par flammage. Le procédé de flammage consiste à exposer à une flamme la surface à traiter. La flamme de ce procédé est typiquement une flamme formée par le mélange d’au moins un combustible et d’au moins un comburant (i.e. mélange combustible/comburant), ce type de technique étant bien connue de l’homme du métier. La flamme est classiquement formée à la sortie ou extrémité d’un brûleur (i.e. orifice de sortie), notamment appelée zone de combustion, la flamme étant alimentée par le mélange combustible/comburant. La distance entre la sortie du brûleur et la surface à traiter peut être d’au moins 2 cm. Le brûleur peut comprendre typiquement une première alimentation pour le combustible, et une deuxième alimentation pour le comburant. Dans la présente invention, le comburant est de préférence sous forme d’un gaz à température ambiante (25°C), et de façon particulièrement préférée sous forme d’un gaz à 10°C. Il peut être par exemple du dioxygène ou oxygène (O 2 ). Le comburant peut provenir de dioxygène pur ou d’un mélange de dioxygène avec au moins un autre gaz. Le combustible de l’invention est de préférence sous forme d’un gaz à température ambiante (25°C), et de façon particulièrement préférée sous forme d’un gaz à 10°C. Il peut être par exemple choisi parmi les alcanes. A titre d’exemple, le combustible peut être choisi parmi le méthane, le propane, le butane, et un de leurs mélanges. Le gaz préféré est le propane. Le combustible peut provenir d’un gaz pur ou d’un mélange de plusieurs gaz. Il peut provenir du gaz naturel. Lors de la combustion, la flamme peut atteindre 1800°C. Plus particulièrement, le flammage est utilisé dans la présente invention en tant que procédé de Sionization. La flamme de ce procédé peut être avantageusement mélangée à au moins un composé silane tel que décrit dans la présente invention. En d’autres termes, la flamme comprend un précurseur de réaction du type composé silane. A titre d’exemple, la concentration du composé silane dans la flamme peut être d’au plus 0,15 mL/min pour 100 L/min de mélange combustible/comburant. Le composé silane brûle et se transforme en silicate (SiO x ) qui se dépose sur la surface à traiter sous la forme d’une couche mince, pouvant être de quelques nanomètres. Les conditions opératoires telles que la nature et le flux du composé silane, la durée du traitement, la pression utilisée, la nature de la flamme, la distance du brûleur par rapport à la pièce à traiter, peuvent être adaptées et sélectionnées facilement par l’homme du métier pour obtenir les propriétés désirées. Dans un mode de réalisation particulier, la première couche peut subir au moins une étape d’oxydation de surface préalablement au procédé de Sionization. Cette oxydation de surface peut être réalisée sans précurseur de réaction du type composé silane, soit par flammage, soit par plasma à pression atmosphérique. On peut parler respectivement de flamme oxydante et de plasma oxydant. Cette étape préalable à la formation de la deuxième couche par Sionization (i.e. flammage avec un précurseur du type composé silane) permet avantageusement d’améliorer l’adhésion entre la première couche et la deuxième couche. Les conditions opératoires telles que la puissance du plasma, la durée du traitement, peuvent être adaptées et sélectionnées facilement par l’homme du métier pour obtenir les propriétés désirées. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description d’exemples non limitatifs. Exemples Fabrication d’un élément conforme à l’invention selon le procédé de flammage Le support utilisé en tant que première couche est un échantillon d’aluminium, sous forme d’une plaque rectangulaire avec les dimensions suivantes : 15 cm de longueur, 5 cm de largeur, et 1,5 mm d’épaisseur. Le procédé utilisé pour déposer directement une couche silicée en tant que deuxième couche est un procédé de flammage. Le procédé de flammage est réalisé grâce à un appareil commercialisé par la société Arcotec GmbH sous la référence 61854. Cet appareil est combiné à un robot. La pièce à traiter est dans cet exemple la plaque rectangulaire en aluminium. Les paramètres suivants ont été utilisés : - Flamme composée d’un mélange d’air et de propane, avec les consommations suivantes : 100 L/min d’oxygène pure et 4,8 L/min de propane ; - Alimentation en oxygène : 5 - 8 bar ; - Alimentation en propane : 6 - 8 bar ; - Composé silane utilisé : hexaméthyldisiloxane (HMDSO) - Consommation du composé silane : 0,35 mL/min (i.e. 0,17 mL/min pour 100 L/min du mélange d’oxygène et de propane) ; - Distance entre la sortie du brûleur et la surface de la plaque rectangulaire à traiter : environ 5-6 cm ; - Hauteur de la flamme : environ 8 cm ; - Largeur de la flamme : environ 10 cm ; - Vitesse robot : 300 mm/s. Une fois la plaque rectangulaire positionnée sur la pince du robot dans le sens de sa longueur, elle passe à travers la flamme dans toute sa largeur (la largeur de la flamme est dans cet exemple supérieure à la largeur de la plaque rectangulaire à traiter). De ce fait, un seul passage sous la flamme suffit pour traiter toute la surface de la face de la plaque exposée à la flamme. On obtient ainsi une première couche d’aluminium comportant une deuxième couche de silicate déposée directement sur sa surface, la deuxième couche ayant une épaisseur d’environ 40 nm. La plaque traitée est ensuite mise en peinture avec une application robotisée tri-couches : primaire, base et vernis. Différents tests ont été réalisés sur la pièce ainsi traitée et peinte. Ces tests sont rassemblés dans le tableau ci-dessous : Nom du test Conditions opératoires Résultat du test Adhérence initiale Faire un quadrillage à l’aide d’un cutter multi lames de 1.5 mm d’espacement. Coller un scotch spécifique sur le quadrillage et l’arracher d’un coup sec. Il n’y a pas de décollement. Karcher Faire une croix de St Andrews sur la plaque puis appliquer le jet d’eau du karcher au centre de la croix à une distance de 10 cm, pendant 1 min à 60°C. Il n’y a pas de décollement. Tenue à l’humidité Placer l’échantillon dans une enceinte d’humidité relative de 95±5% à 48±2°C pendant 240 heures. Il n’y a ni bullage, ni dégradation du revêtement ; ni perte d’adhérence. Tenue à l’immersion Plonger l’échantillon dans une enceinte d’eau déionisée de résistivité supérieure à 200,000 Ω.cm, à une température de 32±2°C pendant 240 heures. Ensuite effectuer un test d’adhérence initiale une heure après la sortie de l’échantillon. Il n’y a ni bullage, ni perte d’adhérence. Tenue au brouillard salin Placer l’échantillon dans une enceinte de brouillard salin, de solution saline à 5±0.5% en masse de solution NaCl et 95% en masse d’eau déminéralisée, à une température de 35±2°C pendant 500 heures. Ensuite effectuer un test de rayure à la sortie des échantillons. Il n’y a ni cloquage, ni oxydation, ni perte d’adhérence. Un élément protecteur, anti-corrosion et promoteur d’adhérence pour une protection nue ou l’application d’un revêtement comprenant au moins une première couche en un matériau ferreux, non-ferreux, composite, verre ou polymère, caractérisé en ce que l’élément comprend en outre au moins une deuxième couche à base d’un composé silicé comprenant un ou plusieurs groupement(s) silicium-oxygène. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième couche a une épaisseur d’au plus 150 nm. Elément selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième couche est une couche hydrophile. Elément selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième couche est directement en contact physique avec la première couche. Elément selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième couche est une couche de silicate ou une couche d’organo-silicate. Elément selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche de silicate ou d’organo-silicate est obtenue à partir d’un composé silane. Elément selon la revendication 6, caractérisé en ce que le composé silane est choisi parmi un silane hydrocarboné, un fluorosilane, un silicate, un organo-silicate, et un de leurs mélanges. Elément selon la revendication 7, caractérisé en ce que le silane hydrocarboné est le tétraméthysilane (TMS). Elément selon la revendication 7, caractérisé en ce que le fluorosilane est le triéthoxyfluorosilane (TEOF). Elément selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’organo-silicate est choisi parmi le tétraéthoxysilane (TEOS), le tétraméthoxylsilane (TMOS), et un de leurs mélanges. Elément selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la deuxième couche est une couche de polysiloxane. Elément selon la revendication 11, caractérisé en ce que la couche de polysiloxane est obtenue à partir d’un monomère de siloxane ou d’un monomère de silazane. Elément selon la revendication 12, caractérisé en ce que le monomère de siloxane est choisi parmi l’hexaméthyldisiloxane (HMDSO), le tétraméthyldisiloxane (TMDSO), l’octaméthylcyclotétrasiloxane (OMCTSO), et un de leurs mélanges. Elément selon la revendication 12, caractérisé en ce que le monomère de silazane est l’hexaméthyldisilazane (HMDSN). Elément selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau est ferreux, non-ferreux, composite, verre ou polymère. Procédé de fabrication d’un élément selon l’une quelconque des revendications 5 à 14 ; caractérisé en ce que le gaz porteur du composé silane est du dioxygène ou oxygène (O 2 ). Procédé de fabrication d’un élément selon l’une quelconque des revendications 5 à 14, caractérisé en ce que la deuxième couche est formée par flammage.