Composition

Les peintures sont des mélanges ou chaque composé à un rôle précis. Afin de garder une fluidité et une compréhension simple de ce manuscrit, uniquement les compositions de peintures à base d'eau seront abordées.

 Les liants

Dans le cas des peintures à base d'eau, les liants sont des résines de synthèse. On y retrouve les résines alkydes, acryliques, vinyliques et polyuréthanes. Les polymères sont dispersés dans l’eau après avoir été polymérisés à partir d’une émulsion de monomères. Le tableau 1.4 récapitule les principales propriétés de chacune d'elles (Tableau 1.4).

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Tableau 1.4 : Propriétés des différents liants utilisés dans la protection du bois

Résine Propriétés

Alkydes

Résulte de la réaction entre des polyalcools (e.g. glycérol) et des polyacides (e.g. anhydriques phatique). Un ajout d'acide gras permet d'augmenter leur performance et de modifier leurs propriétés (temps de séchage)(Talbert, 2007). Cependant, des difficultés pour disperser la résine alkyde dans l’eau entraîne une diminution de leur utilisation.

Acryliques

Très utilisés dans la protection du bois. Résultent de la réaction de

polymérisation d'acides acryliques et méthacryliques. Une distinction est faite entre les résines thermoplastiques et thermodurcissables. Dans le premier cas, le film de peinture est formé par évaporation du diluant alors que dans le deuxième cas, la présence de groupements fonctionnels tels des hydroxyles permet des réactions de réticulation avec d'autres composés tels que des isocyanates (Bulian & Graystone, 2009; Koleske, 2012; Wicks Jr et al., 2007). D'autres phénomènes permettent également d’enclencher la réaction de réticulation : utilisation de la photochimie (UV curing).

Vinyliques Résulte de l'estérification d'un prépolymère époxyde et d'un acide acrylique ou méthacrylique (Chiantore & Lazzari, 1996).

Polyuréthanes

Résultent de la réaction entre des composés contenant des hydroxyles

fonctionnels et des isocyanates. Elles offrent une bonne résistance aux éraflures ou aux rayures (Rosu et al., 2009).

 Les solvants

Les solvants sont des composés qui rentrent dans la composition de la formulation, mais s'évaporent après application du film. Ils vont permettre de maintenir ou de disperser la résine en solution tout en étant inerte chimiquement. Ils entrainent une modification de certaines propriétés de la peinture tels que la rhéologie ou la viscosité et permettent en conséquence une bonne application. Il est cependant nécessaire de maintenir le taux de COV au minimum ce qui favorise l'emploi de peinture à base d’eau (Canada, 2009; de Meijer, 2001).

28  Les pigments

Ils sont à la base sous forme solide, mais peuvent être retrouvés dispersés dans différents solvants. Qu'ils soient organiques ou inorganiques, ils permettent de modifier la couleur et l'opacité du mélange (Paul, 1985). Certains pigments vont également apporter des propriétés à la peinture comme l'oxyde de titane (TiO2) qui est connu comme absorbeur UV ou récemment comme protecteur antifongique (Chen et al., 2009). La charge pigmentaire peut être déterminée par le calcul de la Concentration Volumique en Pigments (CVP). Elle détermine le pourcentage volumique de particules solides dans le fini après la formation du film.

 Les pigments de charge

Ce sont des substances généralement inorganiques, peu chères, qui sont ajoutées au mélange afin de modifier certaines propriétés du film. Ainsi, il va pouvoir être possible de jouer sur la dureté, l'opacité du film ou même de prévenir certains défauts de surface. Leur faible coût permet d'atteindre la concentration volumique en pigment critique (CVPC) de la peinture tout en gardant un coût de production assez bas (Gürses et al., 2016).

 Les additifs

De nombreux additifs sont disponibles sur le marché. Ils sont ajoutés en faible quantité dans le mélange pour changer une ou plusieurs propriétés de la peinture (Bulian & Graystone, 2009). Certains additifs sont considérés comme obligatoires dans une peinture acrylique à base d’eau. La nécessité de présence de surfactant a déjà été précédemment précisée. La nature hétérogène des formulations favorise l’apparition de bulles. Celles-ci sont stabilisées par les surfactants contenus dans la peinture. Il est donc nécessaire d’ajouter des désaérateurs ou des antimousses afin de limiter leur présence dans le film sec (Cho & Laskowski, 2002). Le tableau 1.5 récapitule les principaux additifs utilisés dans les revêtements pour bois à base d'eau (Tableau 1.5)(Davison & Lane, 2007).

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Tableau 1.5 : Propriétés des différents additifs pouvant être utilisés dans la protection pour bois à bas d’eau

Additifs Propriétés

Agent mouillant

Pour avoir un bon film, il est nécessaire que la tension de surface du liquide soit plus faible que l'énergie de surface du bois. Ces agents vont se positionner à l'interface air/liquide et faire diminuer la tension de surface de celui-ci. Agent

dispersant

Les pigments et les résines sont généralement insolubles dans l'eau il est nécessaire d'utiliser des agents empêchant la sédimentation de ceux-ci dans le pot de peinture

Désaérateurs

Permettent de lutter contre la micromousse contenue dans la peinture. Ils empêchent la stabilisation de la bulle en se concentrant à l'interface air/liquide. De plus, il favorise la diffusion de l'air dans le liquide à travers la maturation Ostwald afin de former de plus grosses bulles qui ont par conséquence plus de facilitées à migrer jusqu'à la surface.

Anti-bulles

Permettent de lutter contre la macromousse contenue en surface de la peinture. Ils se concentrent à l'interface air/liquide de la bulle et pénètrent la lamelle moyenne afin de la déstabiliser et la faire éclater.

Anti-UV

De nombreuses molécules sont disponibles afin de limiter l'impact de la lumière sur le bois. Les absorbeurs UV empêchent la lumière d'atteindre le bois et dissipent l’énergie en chaleur (Mahltig et al., 2005). Les HALS (Stabilisant à la lumière de type amine) arrêtent la réaction radicalaire initiée par la lumière (Gijsman, 2002). Enfin, les oxydes métalliques absorbent la lumière et l'empêchent par conséquent de toucher le bois (Estrada, 1967).

Agent de coalescence

Ces substances participent à l’obtention d’un film de peinture cohérant sur le substrat. Ils vont plus ou moins pénétrer dans le polymère en fonction du coefficient de partage de l’agent. Ils permettent de ramollir les particules de polymère aidant à se déformer pour coalescer durant l’étape d’évaporation de l’eau. Leur taux d’évaporation doit donc être plus faible que l’eau mais suffisamment rapide pour éviter un film mou. Ils abaissent aussi la température minimum de formation du film (TMFF) et la température de transition vitreuse (Dawson & Göttgens) de la peinture (Winnik, 1997; Winnik et al., 1992).

30 Cosolvant

Tout comme les agents de coalescence ils participent à l’obtention d’un bon film de peinture. Pour cela ils forment des azéotropes avec l’eau diminuant la température d’ébullition de la peinture. Ils évitent ainsi un durcissement du polymère avant l’évaporation de l’eau (Winnik, 1997).

Conservateurs

Ils offrent une résistance face au développement de micro-organismes tels que les bactéries ou les fungi. La première génération de conservateurs comprenait le créosote, l’arséniate de cuivre chromé ou encore le pentachlorophénol. La toxicité de ces composés a entrainé l’introduction d’une deuxième génération de conservateurs avec notamment les systèmes à base de cuivre. Des additifs peuvent également être ajoutés afin d’octroyer un caractère hydrophobe au bois (Preston, 2000 ; Sivrikaya, et al., 2017)