Suivi et modélisation d’une formulation de la peinture vinylique

Suivi et modélisation d’une formulation de la peinture vinylique

Politique qualité

La politique qualité d’ISOPAINT est de fournir un produit et un service uniforme, commande après commande, répondant aux exigences de qualité auxquelles le client est en droit de s’attendre : « Bon premier coup, à tout coup ». Afin de continuer à progresser dans un contexte marocain global, dans un marché de plus en plus compétitif où le client est très sélectif, il est impératif d’appliquer et de respecter les procédures d’assurance qualité des procédés de fabrication et des services. Le programme qualité d’ISOPAINT repose sur, entre autre, les employés, qu’ils soient en production, distribution, laboratoire ou administration. Leur rôle est primordial à tous les niveaux, sans exception. ISOPAINT favorise le travail en équipe, afin de mieux saisir les besoins des clients et de travailler constamment à l’amélioration de ses produits et de ses services.

Le séchage des peintures « processus filmogène »

Ainsi que cela a déjà été mentionné, les liants sont les composants les plus importants de la peinture. Ce sont eux qui assurent la cohésion de l’ensemble de constituants, l’adhésion au support (subjectile), les propriétés mécaniques du film ainsi que la durabilité de la peinture. A l’échelle microscopique, les liants (résines) sont des billes voire des pelotes formées de centaines de molécules de polymères pré polymérisées. On entend par formation d’un film l’adhésion et la coalescence de toutes les particules polymères individuellement dispersées dans l’eau. Après l’application, l’eau s’évapore, les particules du liant se rapprochent jusqu’à se toucher. La qualité du pelliculage voire de l’adhésion dépend suite à la thermo-plasticité de la dureté ou de la viscosité des particules polymères à la température respective. Plus la température est élevée, plus la particule polymère est molle et visqueuse et plus le mécanisme filmogène est meilleur.

La température minimale de formation de film (TMF) d’un liant est la température nécessaire afin que les particules polymères soient suffisamment molles et visqueuses pour pouvoir former un film parfait. Ce mécanisme implique aussi que les pigments et les charges adhérent et coalescent entre eux ainsi que sur le support. Pour la plupart des liants, la TMF se situe entre 15 et 25°C; des valeurs inférieures donneraient des surfaces visqueuses. C’est la raison pour laquelle on ajoute à la dispersion env. 1-2% de solvant à haute température d’ébullition («agent filmogène») qui détrempe la surface du polymère et la rend «visqueuse». Une bonne filmogénéité est donc possible même à des températures basses (sous 10°C). Durant le processus filmogène, non seulement les particules du liant s’accolent les unes aux autres, mais les pigments et les charges collent aussi entre eux et se fixent sur le support pour permettre l’adhésion.

Paramètres, facteurs et réponse

Le scientifique est souvent amené à comprendre comment réagit un système en fonction des facteurs susceptibles de le modifier. Pour visualiser cette évolution, il faut mesurer une réponse, ensuite essayer d’établir des relations de cause à effet entre les réponses et les facteurs. Parmi les facteurs on distinguera:

•les facteurs contrôlables qui dépendent directement du choix du technicien (pression, température, matériau, etc).

•les facteurs non contrôlables qui varient indépendamment du choix du technicien (conditions climatiques, environnement d’utilisation, etc).

•les facteurs d’entrée dont on cherche à analyser une influence (matière première, vitesse d’agitation, température, rendement, etc).

Les facteurs étudiés dans un plan d’expériences sont bien entendu les facteurs d’entrée. Un facteur est une grandeur le plus souvent mesurable mais il peut s’agir d’une grandeur qualitative comme les différents lots d’une matière première. La réponse est la grandeur mesurée à chaque essai; le plan vise à déterminer quels facteurs l’influencent ou quelle est son évolution en fonction de ceux-ci. Cette grandeur est le plus souvent mesurable mais elle peut également être qualitative. Une notion importante est celle d’interaction entre deux facteurs d’entrée. On parle d’interaction entre deux facteurs A et B quand l’effet du facteur A sur la réponse va dépendre de la valeur du facteur B.

Plan de criblage « Plackett et Burman » Les plans de criblage offrent uniquement des possibilités d’estimation des effets moyens (poids) des facteurs par l’intermédiaire d’un modèle additif sans couplage. Lorsque le nombre de modalités mi (niveaux) est égal à 2 pour tous les facteurs, le nombre N de traitements expérimentaux distinct à réaliser est égal aux multiples de 4 immédiatement supérieure ou égale au nombre p d’inconnues (coefficients) à estimer. Plackett et Burman ont généralisé la méthode de tels plans d’expériences. Ces plans ont connu et rencontrent aujourd’hui un grand succès dans le monde industriel où, pour des raisons économiques, le nombre N de traitement expérimentaux distinct reste généralement limité (en générale, il faut que N reste inférieur à 25). Nous allons à présent détailler les différentes étapes de construction de ces plans d’expériences.

La construction d’un plan de Plackett et Burman est basée sur la duplication de lignes ou de colonnes contenant une alternance particulière de signes négatifs et positifs, par simple permutation circulaire. Cette construction s’effectue en 3 étapes que nous allons expliquer cidessous.

Etape 1 Tout d’abord il faut repérer la ligne génératrice (figure 21) pour laquelle le nombre N de traitement à réaliser, est immédiatement supérieur ou égale au nombre p d’inconnues à estimer. Dans le cas présent, nous retiendrons la ligne correspondant à N = 8 puisque nous avons 4 facteurs qui implique 5 inconnues (coefficients). Ces matrices sont appelées « matrice d’Hadamard ».

Etape 2 Il faut transposer cette ligne génératrice dans la première ligne de la matrice d’expérience, puis générer les autres lignes par permutation circulaire horizontale (ou verticale) de cette ligne. Il existe quatre permutation possible : permutation par la droite, permutation par la gauche, permutation par le haut, permutation par le bas.

Analyse de variance [8] L’analyse de la variance (ANOVA) est un outil qui permet de déterminer le degré de confiance de nos résultats. Elle consiste à comparer à l’aide d’un test de Fisher « F » la somme des carrés des écarts, due uniquement à la régression (modèle « Vreg »), avec la somme des carrés des résidus (modèle « Vres »). Avec ces notions, on introduit un vocabulaire spécifique à l’analyse de variance, en notant :

•Yi : les réponses observées lors de la réalisation des expériences.

•Yestimé : la réponse estimée à l’aide du model linéaire.

•Ym : la moyenne des réponses.

D’après le tableau de l’analyse de la variance, nous pouvons conclure que : L’ANOVA 1 montre que la régression explique très bien le phénomène étudié avec un degré de confiance de 99%, puisque la variance de la régression (Vreg=0.3951) est supérieure à la variance résiduelle (Vres=0.0046) et puisque (P = 0.198 < 1%), donc on peut dire que le modèle est bien explicatif pour notre cas. Egalement le Fobs= 86.5514 calculé dans le tableau est supérieur à Fcrit = 28.71 lu dans la table de Fisher-Snedecor pour 4 et 3 degrés de liberté [Annexe]. Les résultats de l’analyse de la variance (ANOVA 1) nous montrent clairement que le modèle est globalement explicatif et ne présente pas de défaut d’ajustement. En effet, nous pouvons l’utiliser pour prédire la réponse dans n’importe quel point du domaine expérimental.

Chaque entreprise doit à chaque moment assurer la qualité et le bon fonctionnement de ses produits. Pour cela toute entreprise doit dédier une grande partie de ses ressources pour améliorer et optimiser la qualité de ses produits. Ceci conduit à la fin à une satisfaction et même une fidélité des clients. De ce fait, nous avons participé au suivi et à la modélisation d’une formulation de la peinture vinylique au sein de l’unité de production de la société ISOPAINT, et sur laquelle est basé ce rapport. Nous avons développé une partie théorique sur la chimie de la formulation et la formulation de la peinture suivie par la tâche que nous avons réalisée, dont nous avons effectué une série d’essais établie par plan d’expérience vue une modélisation d’une formule de la peinture vinylique.

En premier lieu, nous avons effectué le programme des essais, et après exécution nous avons récolté les réponses (pouvoir couvrant) sous forme d’un tableau des résultats, puis nous avons exploité ces derniers en modélisant la réponse sous forme d’un modèle mathématique, qui nous a permis de confirmer que les paramètres majeurs qui agissent sur le pouvoir couvrant de la peinture vinylique sont respectivement : la pate de titane, le liant, l’eau et l’épaississant. Alors nous concluons qu’on peut améliorer le pouvoir couvrant de la peinture vinylique juste en réagissant sur le pourcentage de la pate de titane car elle influence de façon très significative (environ 80%) sur notre réponse. Enfin, ce stage m’a été très fructueux, il m’a permis de confronter mes acquis théoriques à la réalité pratique du monde de l’entreprise et aussi de consolider mes connaissances sur le registre de la production par une pratique quotidienne, en faisant face aux multiples difficultés et imprévus.

Table des matières

Introduction
Partie I : Présentation de l’entreprise
I. Présentation générale
II. Politique qualité
III. Produits ISOPAINT
1. Peinture vinylique (phase aqueuse)
a. MADYVINYL
b. MADYTOP
2. Peintures glycérophtalique (phase solvant)
a. ISOLAKE
b. ISOMAT
3. Enduit
a. TITAN
IV. Fiche technique
Partie II : Etude bibliographique
I. Généralités sur la formulation
1. Définition
2. Principe
3. Objectif
4. Le formulateur
5. Dispersion – colloïde
II. Formulation peinture
1. Définition
2. Fonction d’une peinture
III. Principaux constituants
1. Les liants
2. Les pigments
a. Pigments minéraux
b. Pigments organiques
c. Pigments à effet
a. Pigments fonctionnels
1. Les charges
3. Constituants volatils (solvants)
a. Les hydrocarbures
b. Les alcools
c. Les éthers de glycol
d. Les esters
e. Les cétones
4. Les additifs
IV. Exemples de formulation classique d’une peinture
V. Le séchage des peintures « processus filmogène »
Partie III : Suivi et modélisation d’une formulation de la peinture vinylique
I. Suivi du procédé de la peinture vinylique
1. MADYVINYL
a. Constituants, rôles et pourcentages
b. Préparation de la pate de Titane
c. Procédure de fabrication
2. MADYTOP
a. Constituants, rôles et pourcentages
b. Procédure de fabrication
3. VINYL
a. Constituants, rôles et pourcentages
b. Préparation de VINYL Eco
c. Procédure de fabrication
II. Notion sur les plans d’expériences
1. Intérêts des plans d’expériences
2. Paramètres, facteurs et réponse
3. Etapes d’une étude par plans d’expériences
a. Détermination de la réponse et des facteurs d’études
b. Choix du modèle
c. Choix des expériences à réaliser
d. Réalisation des essais
e. Interprétation des résultats des essais
4. Plan de criblage « Plackett et Burman »
a. Principe
III. Application du plan Plackett et Burman « Formulation du MADYVINYL»
1. Domaine et plan expérimental, réponse et modèle
2. Interprétation des résultats
3. La validation statistique du modèle
a. Analyse de variance
b. Le coefficient de corrélation
4. Validation expérimentale
Conclusion

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