WO2002075283A1 - Procede de vieillissement solaire accelere et dispositif permettant l'application de ce procede - Google Patents

Procede de vieillissement solaire accelere et dispositif permettant l'application de ce procede Download PDF

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Grégoire GILLET
Stéphane MARTY
Nicolas Strobbel
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Solsys
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/004—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light to light

Definitions

  • the present invention relates to an accelerated solar aging process, as well as a device allowing the application of this process.
  • It relates generally to the industrial and commercial field of the manufacture and distribution of products called to be exposed to sunlight, and in particular of products such as cosmetics, perfumes, aromas, plastics , varnishes and paints, printing inks or packaging.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks by means of an innovative technology making it possible to considerably speed up this type of test so as to make it accessible and practicable during the previous stages of creation of these products.
  • a hundred hour solar exposure test can be obtained in less than an hour.
  • New molecular assemblies whatever their complexity, can, thanks to this technology, be pre-tested, and validated or not, very quickly and in a truly representative manner of real conditions of use, using a reliable device. , space-saving, easy to use and maintain and causing only slight heating of the product tested.
  • the method consists in using one or more xenon lamps operating in pulse mode and emitting a continuous high energy photonic spectrum equivalent to solar radiation, to illuminate the product to be tested through a transparent interface allowing to transmit a light spectrum comparable to that of the sun. in a real exposure situation of the target product, and retaining in particular the infrared part of this spectrum.
  • FIG. 1 is a schematic vertical section showing the various components of an apparatus allowing the application of the process claimed in the case of a product in the form of liquid, powder or granules.
  • the device illustrated in FIG. 1 consists of a housing 1, preferably mobile, in which are installed the electrical and electronic equipment 2 intended to supply and control the xenon lamp 3 intended to emit the pulsed photonic radiation making it possible to perform the aging test.
  • the box 1 comprises a receptacle 4 provided with an optical safety cover 5, and capable of receiving the sample 6 to be tested contained in a bottle 7.
  • the side wall 8 of this receptacle is made of white glass such as "Pyrex" allowing the entire light spectrum of the lamp 3 to pass, from infrared to ultraviolet.
  • the lamp 3 will preferably be toroidal in shape, so as to be able to surround the receptacle 4. It will advantageously be arranged in a sealed enclosure 9 which may contain a thermo-optical coupling fluid. A reflector parabolic 10, surrounding the lamp 3, makes it possible to concentrate the light rays on the sample 6.
  • This arrangement ensures a uniform luminous flux all around the sample, which allows a systematic and homogeneous interpretation of the result.
  • the device is cooled by fins 11 and by a fan 12 placed under the receptacle 4 and intended to cool the sample 6 during the test.
  • the device is completed by a user interface 13 consisting for example of a screen or of indicator lights, and of a keyboard.
  • the device can receive either a sample contained in a small bottle 7 of conventional mineral glass, or a cylindrical solid sample of a surface composed of the element to be tested (varnish paint, ink, plastic material, etc.).
  • a sample contained in a small bottle 7 of conventional mineral glass or a cylindrical solid sample of a surface composed of the element to be tested (varnish paint, ink, plastic material, etc.).
  • This case of application is not limiting and can extend to tests of resistance to the solar spectrum or to the solar spectrum supplemented with a band in the bottom ultraviolet, of various materials such as seals, plastic objects, or other.
  • the basis of the photonic technology used is the same as that of known devices, since it involves generating a light spectrum as similar as possible to that of the sun so as to make the test representative of aging in real situations.
  • this second characteristic can, in some cases, be removed by simple low-pass filtration.
  • the pulse mode associated with the shortness of the pulses makes it possible to avoid an undesirable heating of the sample, while preserving a spectrum complete representative of reality.
  • This pulse mode also makes it possible to generate an equivalent amount of solar dose in a significantly shorter time.
  • the single, standardized aging test of ten days, 10 nights under 500 watts per square meter is reduced to less than 60 minutes, for an equivalent physico-chemical drift, generally plotted in colorimetry.
  • a device using this process makes it possible to use an electrical supply of a few watts on average, and therefore to be in the form of a miniature pretest device which is completely mobile and portable (office or laboratory type).
  • the lifetime of the lamps (which are then the consumable products of the system) can be counted in several millions of pulses. Insofar as only a few hundred pulses are necessary for each test, one can reach lifetimes of the order of a year, while the lamps used in systems known to date have lifetimes of 1000 to 2000 hours under the same conditions.

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de viellissement solaire accéléré, ainsi qu'un dispositif permettant l'application de ce procédé. Le procédé consiste à utiliser une ou plusieurs lampes (3) au xénon fonctionnant en mode impulsionnel et émettant un spectre photonique haute énergie continue équivalent au rayonnement solaire, pour éclairer le produit à tester à travers une interface (8) transparente permettant de transmettre un spectre lumineux comparable à celui du soleil en situation réelle d'exposition du produit cible, et conservant en particulier la partie infra-rouge de ce spectre. Elle concerne d'une manière générale le domaine industriel et commercial de la fabrication et de la diffusion de produits appelés à être exposés à la lumière du soleil, et en particulier de produits tels que les cosmétiques, les parfums, les arômes, les matières plastiques, les vernis et peintures, les encres d'impression.

Description

PROCÉDÉ DE VIEILLISSEMENT SOLAIRE ACCÉLÉRÉ ET DISPOSITIF PERMETTANT L'APPLICATION DE CE PROCÉDÉ
La présente invention a pour objet un procédé de vieillissement solaire accéléré, ainsi qu'un dispositif permettant l'application de ce procédé.
Elle concerne d'une manière générale le domaine industriel et commercial de la fabrication et de la diffusion de produits appelés à être exposés à la lumière du soleil, et en particulier de produits tels que les cosmétiques, les parfums, les arômes, les matières plastiques, les vernis et peintures, les encres d'impression ou les emballages.
De nombreux produits et composés physico-chimiques nécessitent de subir des tests de tenue au vieillissement solaire. Ce qui implique que ceux-ci, à l'état d'échantillons représentatifs du produit fini, soient testés jusqu'à leur validation en fonction des moyens prévus pour eux de conditionnement, stockage, transport et utilisation. De façon générale, ce qui est visé dans ce type de test est la satisfaction de l'utilisateur en tant que client final, quel qu'il soit. Afin de découpler les effets dégradants du rayonnement photonique et de l'absorption thermique, les systèmes actuels utilisent généralement un spectre émis par une lampe au xénon au travers d'un verre minéral classique (spectre UV coupé à partir de 300 nm) et contenant donc initialement toute la partie infrarouge dudit spectre. Ces systèmes travaillent en allumage permanent et, afin de ne pas générer d'effet thermique, le rayonnement est filtré pour sa partie infrarouge (310 à
800 nm). Ces méthodes donnent satisfaction au point de vue thermique, mais ne sont pas réellement représentatives des effets du spectre solaire complet au point de vue des longueurs d'onde sur l'assemblage physico-chimique cible objet du test, l'influence des infrarouges 800 à 3000 nm n'étant pas qualifiée.
La présente invention a pour objectif de remédier à ces inconvénients au moyen d'une technologie novatrice permettant d'accélérer considérablement ce type de test de façon à le rendre accessible et praticable lors des étapes antérieures de création de ces produits. A titre indicatif, un test d'exposition solaire de cent heures peut être obtenu en moins d'une heure.
Les nouveaux assemblages moléculaires, quelle que soit leur complexité peuvent, grâce à cette technologie, être pré-testés, et validés ou non, très rapidement et de façon réellement représentative des conditions réelles d'utilisation, à l'aide d'un appareil fiable, peu encombrant, d'utilisation et d'entretien aisés et ne provoquant qu'un faible échauffements du produit testé.
Le procédé consiste à utiliser une ou plusieurs lampes au xénon fonctionnant en mode impulsionnel et émettant un spectre photonique haute énergie continu équivalent au rayonnement solaire, pour éclairer le produit à tester à travers une interface transparente permettant de transmettre un spectre lumineux comparable à celui du soleil en situation réelle d'exposition du produit cible, et conservant en particulier la partie infrarouge de ce spectre.
Sur le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention, la figure 1 est une coupe verticale schématique montrant les divers composants d'un appareil permettant l'application du procédé revendiqué dans le cas d'un produit se présentant sous forme de liquide, de poudre ou de granulés.
Le dispositif illustré par la figure 1 est constitué d'un boîtier 1 , de préférence mobile, dans lequel sont installés les équipements 2 électriques et électroniques destinés à alimenter et à contrôler la lampe 3 au xénon destinée à émettre le rayonnement photonique impulsionnel permettant d'effectuer le test de vieillissement.
Le boîtier 1 comporte un réceptacle 4 pourvu d'un couvercle 5 de sécurité optique, et apte à recevoir l'échantillon 6 à tester contenu dans un flacon 7.
La paroi latérale 8 de ce réceptacle est réalisée dans un verre blanc tel que le "Pyrex" laissant passer l'ensemble du spectre lumineux de la lampe 3, de l'infrarouge à l'ultraviolet.
La lampe 3 sera de préférence de forme torique, de façon à pouvoir entourer le réceptacle 4. Elle sera avantageusement disposée dans une enceinte étanche 9 pouvant contenir un fluide de couplage thermo-optique. Un réflecteur parabolique 10, ceinturant la lampe 3, permet de concentrer les rayons lumineux sur l'échantillon 6.
Cette disposition assure un flux lumineux uniforme tout autour de l'échantillon, ce qui permet une interprétation du résultat systématique et homogène.
Le refroidissement de l'appareil est assuré par des ailettes 11 et par un ventilateur 12 disposé sous le réceptacle 4 et destiné à refroidir l'échantillon 6 en cours de test.
Le dispositif est complété par une interface utilisateur 13 constituée par exemple d'un écran ou de voyants lumineux, et d'un clavier.
L'appareil peut recevoir soit un échantillon contenu dans un petit flacon 7 de verre minéral classique, soit un échantillon solide cylindrique d'une surface composée de l'élément à tester (peinture vernis, encre, matière plastique, etc). Ce cas d'application n'est pas limitatif et peut s'étendre à des tests de tenue au spectre solaire ou au spectre solaire complété d'une bande dans le bas ultraviolet, de matériaux divers tels que joints, objets en matière plastique, ou autres.
La base de la technologie photonique employée est la même que celle des dispositifs connus, puisqu'il s'agit de générer un spectre lumineux le plus similaire possible à celui du soleil de façon à rendre le test représentatif d'un vieillissement en situation réelle.
Le procédé repose sur l'utilisation de lumière émise par au moins une lampe au xénon et se caractérise par deux innovations principales:
- Éclairement du produit cible par des impulsions de 5 à 2000 microsecondes, au travers d'interfaces assurant la transmission d'un spectre lumineux allant de la bande ultraviolette jusqu'à l'infrarouge.
- Conservation de la partie infrarouge sur la cible, rendant le test strictement représentatif de la réalité recherchée, cette seconde caractéristique pouvant, dans certains cas, être supprimée par simple filtration passe-bas.
Les deux innovations majeures constituées par le mode puisé et la conservation de l'infrarouge sur la cible présentent de nombreux avantages :
Le mode impulsionnel associé à la brièveté des impulsions permet d'éviter un échauffement indésirable de l'échantillon, tout en conservant un spectre complet représentatif du réel.
Ce mode impulsionnel permet en outre de générer un équivalent de cumul de dose solaire en un temps fortement plus court. Typiquement le test, unique, normalisé de vieillissement de dix jours, 10 nuits sous 500 watts par mètre carré, se réduit à moins de 60 minutes, pour une dérive physico-chimique équivalente, tracée généralement en colorimétrie.
Un appareil utilisant ce procédé permet de recourir à une alimentation électrique de quelques watts moyen, et donc de se présenter sous la forme d'un appareil de pré-test miniature et totalement mobile et portable (type bureau ou laboratoire).
La durée de vie des lampes (qui sont alors les produits consommables du système) se compte en plusieurs millions d'impulsions. Dans la mesure où quelques centaines d'impulsions seulement sont nécessaires à chaque test, on peut atteindre des durées de vie de l'ordre de l'année, alors que les lampes utilisées dans les systèmes connus à ce jour ont des durées de vie de 1000 à 2000 heures dans les mêmes conditions.
Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des procédés similaires.

Claims

REVENDICATIONS
1 °. Procédé de vieillissement solaire accéléré, destiné à tester les produits appelés à être exposés à la lumière du soleil, et en particulier les produits tels que cosmétiques, parfums, les arômes, matières plastiques, vernis et peintures, encres d'impression ou emballages, caractérisé en ce que l'échantillon (6) du produit à tester est éclairé à travers une interface (8) transparente apte à transmettre un spectre lumineux comparable à celui du soleil et conservant en particulier la partie infrarouge de ce spectre, au moyen d'au moins une lampe (3) au xénon fonctionnant en mode impulsionnel et émettant un spectre photonique haute énergie continu équivalent au rayonnement solaire.
2°. Procédé selon la revendication 1 , se caractérisant par le fait que la ou les lampe(s) (3) au xénon émet(tent) des impulsions lumineuses de 5 à 2000 microsecondes.
3°. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les impulsions émises par la ou les lampe(s) (3) au xénon sont déterminées de façon à générer en moins de 60 minutes un équivalent de cumul de dose solaire correspondant à un test normalisé de vieillissement de dix jours, dix nuits sous 500 watts par mètre carré.
4°. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que, pour des cas particuliers, la partie infrarouge du spectre du rayonnement lumineux est supprimée au moyen d'un filtre passe-bas.
5°. Appareil permettant d'appliquer le procédé selon les revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une lampe (3) au xénon émettant un rayonnement photonique impulsionnel, ainsi qu'un réceptacle (4) pourvu d'un couvercle (5) de sécurité optique et apte à recevoir l'échantillon (6) à tester, la paroi latérale (8) dudit réceptacle étant réalisée dans un verre blanc laissant passer l'ensemble du spectre lumineux de la lampe (3), de l'infrarouge à l'ultraviolet. 6°. Appareil selon la revendication 5, se caractérisant par le fait qu'il contient les équipements (2) électriques et électroniques destinés à alimenter et à contrôler la ou les lampes (3).
7°. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, se caractérisant par le fait que la ou les lampes (3) au xénon sont de forme torique et disposées de façon à entourer le réceptacle (4).
8°. Appareil selon la revendication 7, se caractérisant par le fait qu'un réflecteur parabolique (10) ceinture la ou les lampes (3), de manière à assurer un flux lumineux uniforme tout autour de l'échantillon (6).
9°. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, se caractérisant par le fait que la ou les lampe(s) (3) sont disposées dans une enceinte étanche (9) pouvant contenir un fluide de couplage thermo-optique.
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