CHAPITRE 1 : REVUE DE LITTERATURE
1.7 Bref aperçu sur les principaux adhésifs à être utilisés dans le cadre de notre
1.7.1 La colle urée-formaldéhyde
Cette résine est typiquement utilisée dans la fabrication des produits qui exigent une uniformité dimensionnelle et une égalité de la surface comme par exemple le MDF et les panneaux de particules, mais elle n’est pas résistante à l’eau et n’a pas des applications structurelles. L’urée est synthétisée à partir de l’ammoniaque NH3 et du dioxyde de carbone CO2 sous l’effet de la température et de la pression en CO (NH2)2 et de l’eau H2O. L’ammoniaque et le gaz carbonique sont obtenus des gaz naturels. La formaldéhyde est synthétisée à partir du méthane CH4 et de l’oxygène O en méthanol CH3OH. Le méthane est obtenu du pétrole brut et de l’oxygène de l’air. Avec l’aide d’un catalyseur, le méthanol est converti en formaldéhyde HCHO et en hydrogène H2. Le formaldéhyde est un gaz incolore ayant pour point d’ébullition –21° C. Il est très soluble dans l’eau. L’urée et le formaldéhyde sont combinés dans un réacteur pour donner la résine UF. Cette résine est expédiée pour la fabrication des produits à base de bois sous forme de solution aqueuse colloïdale avec à peu près 65% de solide. Ce liquide est inodore, légèrement opaque et naturellement non inflammable. Avant d’être expédiée, cette résine est déjà polymérisée et relativement réticulée. Elle a donc une durée limitée mesurée en jours. Sous sa forme semi- condensée, la résine UF est constituée de molécules dans les étapes intermédiaires telles le mono-, di-, tri- et tétraméthylol urées. En solution, l’urée et le formaldéhyde sont présents avec un ratio molaire d’environ 1 :1,1. L’excès de 10% du formaldéhyde est nécessaire pour les réactions aboutissant au solide où les molécules sont entre reliées. Il y a quelques
décennies que le ratio UF était de 1 :2 mais pour réduire l’émission du formaldéhyde dans les panneaux les fabricants de cette résine ont réduit ce ratio à 1 :1,1 de nos jours. Pendant le pressage à chaud, la polymérisation et la condensation de l’UF sont complétées. Peu avant la pulvérisation de la résine UF dans les particules à encoller, on y ajoute un catalyseur qui est de l’acide. La plupart des résines UF se condensent le plus vite quand leur pH est entre 3 et 4. À ce stade la durée de la solution UF est drastiquement réduite et mesurée en heures. Sous l’effet de la chaleur dégagée pendant le pressage, l’UF pré condensé se polymérise pour former une résine solide. Pendant le pressage à chaud, une portion du formaldéhyde en excès est émise. Un excès de chaleur (température supérieure à 200°C) hydrolyse la résine UF en urée et en formaldéhyde, dégradant ainsi les liens de colle entre les particules de bois et laissant se dégager la formaldéhyde. C’est la raison pour laquelle le temps de pressage doit être bien contrôlé et les panneaux refroidis dès leur sortie de la presse. Cette résine est utilisée pour l’encollage des panneaux destinés à la production des meubles et des panneaux à usage intérieur. Son avantage est qu’elle ne coûte pas cher et a une couleur claire. Le désavantage des panneaux encollés avec du UF est qu’ils ne peuvent pas être destinés à un usage externe à cause de leur faible résistance à l’humidité. L’UF est le liant le plus utilisé pour la production des panneaux MDF. Beaucoup de fabricants au Québec ajoutent une très faible quantité de mélamine dans leur colle UF.
1.7.1.1 Précautions à prendre lors de l’utilisation de la colle UF
Une fois la colle mélangée aux particules, l’idéal serait de presser l’ébauche tout de suite pour éviter d’une part que la colle ne rentre en grande partie dans les particules au point qu’en surface il n’en reste qu’une infime partie et d’autre part pour éviter le phénomène de la pré-condensation de la colle. Les travaux de Xing et al. (2004) montrent que la cohésion interne diminue de 10% et de façon drastique quand le panneau est pressé 24 heures après l’encollage. Cette diminution de la CI est due au fait que la colle sèche ou réagit pendant que l’ébauche n’est pas encore pressée.
1.7.2 La colle phénol formaldéhyde (PF)
Elle est formée du phénol et du formaldéhyde par condensation avec le détachement de l’eau. L’adaptation entre le formaldéhyde et le phénol se fait à différents niveaux ; elle
aboutit d’abord à la formation du méthylol phénol. Les liaisons qui en résultent rendent possible une suite de réactions de condensation. Suite à cette réaction en chaîne aboutissant à la formation du méthylol il y a en premier lieu le lien du noyau phénolique à travers la liaison du pont méthylénique et enfin la formation du pont méthyle éther (Roffael, 1982). Les molécules tridimensionnelles interconnectées ainsi formées sont extrêmement stables contre l’hydrolyse. C’est pour cette raison que cette résine est appropriée à la fabrication de panneaux résistants à l’humidité. Les panneaux encollés avec du PF présente une résistance à l’humidité supérieure à ceux encollés avec la mélamine urée-formaldéhyde (MUF). Le liant PF est de loin l’adhésif dominant pour la fabrication de panneaux durs (HB), des panneaux à lamelles orientées (OSB) et le bois lamellé de placage (LVL). Elle fournit une forte adhésion dans un milieu sec avec un potentiel de s’exposer à l’eau liquide pour une durée mesurée en heures. Comme c’est le cas avec les liants UF et MF, la résine PF est plus habituellement appliquée aux fibres, aux lamelles et aux placages sous forme de solution aqueuse. Contrairement aux liants aminoplastes UF et MUF il se forme avec l’utilisation du phénol du phénoplaste qui se lie si fermement au formaldéhyde lors de la réaction en milieu basique que la résine résultante n’émet qu’une quantité infime du formaldéhyde. Les phénols sont en effet une famille des composés aromatiques avec un groupe hydroxyle lié directement au noyau aromatique. Ils sont différents des alcools par le fait qu’ils se comportent comme des acides faibles et se dissolvent promptement dans une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium, mais sont insolubles dans une solution aqueuse de carbonate de sodium. La plus large utilisation du phénol est la production des résines phénol-formaldéhyde. Actuellement, la production mondiale de phénol se chiffre à cinq millions de tonnes par année (Gardziella et al., 2000). Le ratio molaire phénol : formaldéhyde pour la fabrication du PF en milieu basique varie de 1 : 1,8 à 1 :3,0. La condensation du phénol avec la formaldéhyde a lieu en présence de la soude (NaOH). Du fait que la base est ajoutée pour la condensation, le produit pré condensé formé reste soluble dans l’eau. En plus la basicité élevée du liant PF agit positivement sur sa stabilité lors de son stockage. En règle générale le contenu basique du liant PF destiné à être utilisé pour encoller les particules est de 8 à 13% (avec un pourcentage en solide de résine PF d’environ 50%) (Roffael, 1982). Sur les couches couvrantes des panneaux de particules à trois couches encollés avec du liant PF cette colle peut cependant être utilisée avec un
contenu basique de l’ordre de 3 à 5% (avec un pourcentage en solide de la résine PF d’environ 50%). La tendance pour une résine phénol-formaldéhyde de faible basicité se fait des nos jours persistante. Une attention particulière est faite lorsqu’on utilise plutôt les résines phénoliques fortement basiques pour la fabrication de panneaux de particules parce que la base dans la PF influence négativement les propriétés des panneaux (Wittmann,
1973). En effet la base dans le liant PF augmente l’hygroscopicité des panneaux qui en
résultent après l’encollage parce que la soude est très hygroscopique (Roffael et Schneider,
1978 ; Schneider, 1973). Schneider (1973) prouve que les panneaux de particules encollés
avec le liant PF basique durci ont une humidité d’équilibre nettement élevée dans un milieu où l’humidité de l’air est supérieure à 70% comparés à ceux encollés avec l’UF. Pour les panneaux encollés avec le liant PF, la saturation de l’humidité dans les fibres est atteinte et même dépassée lorsque l’humidité de l’air est de 90% (Roffael et Schneider, 1978). Par conséquent l’eau en surplus se retrouve emprisonnée dans les panneaux. De ce fait certaines parties de la base du phénolate et des constituants du bois peuvent être dissoutes. Les panneaux encollés à la PF basique émettent peu ou pas de formaldéhyde ; à ce sujet, ces types de panneaux sont nettement supérieurs à ceux encollés avec le liant UF (Cherubim,
1976). Les détails sur le PF et sur les panneaux fabriqués avec cette colle se trouvent dans
les travaux de Roffael et al., (1988) ainsi que Roffael et Dix, (1991). Pour les panneaux OSB les producteurs d’adhésifs ajoutent souvent de l’urée aux adhésifs PF pour diminuer leurs coûts : ce sont alors des colles UPF, très courantes de nos jours.