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Digeste de la construction au Canada, 1967-11
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Les peintures et autres revêtements de finition
Ashton, H. E.
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Division des recherches en construction, Conseil national de
recherches Canada
CBD 78F
Les peintures et autres revêtements
de finition
Publié à l'origine en novembre 1967 H.E. Ashton
Veuillez noter
Cette publication fait partie d'une série qui a cessé de paraître et qui est archivée en tant que référence historique. Pour savoir si l'information contenue est toujours applicable aux pratiques de construction actuelles, les lecteurs doivent prendre conseil auprès d'experts techniques et juridiques.
Les peintures et les autres revêtements de finition se composent de trois éléments principaux : le liant, le pigment et le solvant. Le présent Digeste contient la description de différents types de revêtements constitués de ces trois éléments. Bien qu'il soit vrai qu'aucun pigment ne se trouve dans la plupart des vernis transparents et qu'il n'y ait pas de solvant dans certains enduits destinés à constituer des feuils (films) épais, les trois éléments ci-dessus sont habituellement présents dans les différents types de revêtement organiques.
Classification
Il est nécessaire de classifier les revêtements de finition par groupes en raison de leur diversité. On peut y parvenir en se fondant sur certains des critères suivants :
composition : prépondérance de l'huile, du latex, de l'alkyde, du zinc, etc.
usage : intérieur, extérieur, industriel, pour application sur un subjectile (substrat) particulier (bois, métal, etc.); pour exposition à certains agents (immersion dans l'eau, etc.)
méthode de durcissement : séchage à l'air ambiant, cuisson au four, durcissement par catalyse, etc.
apparence : transparent, teinté, pigmenté, métallique, mat, brillant, etc.
Les utilisateurs ont tendance à classer les revêtements selon l'une des trois dernières caractéristiques, mais les spécialistes des revêtement de finition préfèrent les classer selon leur composition, car celle-ci détermine les autres caractéristiques : usage, méthode de durcissement et apparence. La présente série de digestes rangera les revêtements selon leur composition et reliera leurs usages à leurs propriétés.
En classant les revêtements selon leur composition, on trouve deux catégories principales : les revêtements au solvant (matériaux solubles dans un solvant organique ou en contenant) et les revêtements à l'eau (matériaux solubles dans l'eau ou qui en contiennent).
Revêtement au Solvant
Les huiles siccatives, peintures à l'huile, vernis, vernis-émails et laques sont rangés parmi les revêtements au solvant. Il arrive trop souvent que les revêtements au solvant soient appelées des peintures à l'huile pour les distinguer des peintures à l'eau; ce nom n'est toutefois pas exact, car un grand nombre de ces revêtements au solvant ne contiennent pas d'huile et ne sont pas techniquement des peintures. Dans les revêtements au solvant le pigment est dispersé dans le véhicule (c'est-à-dire dans le mélange du solvant et du liant), sauf dans certains cas particuliers. Au cours de l'évaporation du solvant pendant le durcissement, le liant continue à mouiller et à retenir le pigment. Il n'y a donc que peu de danger que les particules de pigment s'assemblent en floculats et diminuent le pouvoir opacifiant du feuil. On peut également obtenir tous les degrés de brillant avec la plupart de ces liants, car des concentrations suffisantes de pigments peuvent être dispersées dans le véhicule entier.
Les stades initiaux, intermédiaires et terminaux du durcissement des revêtements au solvant peuvent s'étaler sur un large éventail de durées, car un grand nombre de solvants différents peuvent être utilisés selon les exigences individuelles. La durée du stade final de durcissement dépend surtout du liant, bien qu'elle puisse être modifiée par le solvant. Ces enduits mouillent sans difficulté les subjectiles qui résistent au mouillage par l'eau, et réduisent ainsi les possibilités d'apparition de défauts tels que les piqûres d'épingles.
Huiles Siccatives et Peintures à l'Huile. Les revêtements au solvant les plus simples sont les
huiles siccatives et leurs versions pigmentées, les peintures. La définition exacte d'une peinture s'énonce ainsi : pigment ou mélange de pigment dispersé dans une huile siccative. Le mot "peinture" sera souvent employé pour les revêtements au solvant de ce type particulier. Les huiles siccatives, qu'on tire généralement des végétaux, sont des huiles qui fixent l'oxygène et durcissent en temps utile quand on les étend en couche mince (le feuil) au contact de l'air. L'huile de lin en est la variété la plus courante. On n'ajoute généralement pas de solvant aux huiles siccatives utilisées sans pigment.
Comme les petites molécules du liant s'associent (se polymérisent) après application, les peintures nécessitent une assez longue durée pour leur durcissement complet. Le processus peut être quelque peu accéléré en polymérisant d'avance une partie de l'huile par chauffage, ce qui donne une huile corsée, épaissie. En raison de la viscosité plus forte de cette dernière, on ajoute alors du solvant pour diminuer la durée de la prise du feuil par évaporation.
Les huiles durcissent en fixant l'oxygène de l'air pour former un réseau de molécules liées chimiquement. Comme l'oxygène de l'atmosphère est inépuisable, la réaction peut dépasser le stade optimal, de telle façon que le feuil finit par devenir tout à fait fragile. Le type de pigment utilisé dans la peinture peut modifier ce tableau de façon limitée. Comme les types d'huile qui durcissent le mieux produisent des feuils jaunâtres, on n'utilise pas la peinture sur les subjectiles pour lesquels il est important de conserver un certain ton de couleur. Les qualités originelles d'adhésivité des peintures à l'huile sont bonnes en raison de la présence de nombreux points d'attraction chimique qu'offrent les molécules constituant le véhicule. Comme ces groupes de molécules sont d'un type facilement désagrégé par l'eau et les bases, les feuils n'ont malheureusement que peu de résistance à l'eau et aucune aux produits chimiques. Quand les conditions physiques du milieu sont rudes, les feuils de peinture sont fortement abîmés par cloquage, fissuration ou écaillage.
Les peintures nécessitent peu de solvant, en raison de la faible taille initiale des molécules. En conséquence les peintures s'étalent insuffisamment et les feuils montrent les traces des coups de pinceau. Il fut un temps où on les employait sur tous les subjectiles, à l'intérieur ou à l'extérieur, car les peintures étaient presque les seuls enduits au solvant disponibles. En raison de leurs inconvénients, on les a remplacées au cours des trente dernières années pour tous les usages intérieurs, sauf pour les peintures mates encore employés sur les murs. On a continué à utiliser les peintures sur les surfaces de bois, à l'extérieur, bien que ce domaine ait aussi subi les empiétements d'autres enduits. Les huiles siccatives ne sont employées seules que dans certains domaines très étroits tel celui du mobilier où l'utilisateur se résigne aux nombreuses applications ou à l'entretien nécessaire.
Vernis. Les vernis sont des revêtements de finition transparents contenant des résines, et qui
sèchent habituellement tant par durcissement du liant que par évaporation du solvant. On les a mis au point en vue d'obtenir des revêtements de finition plus durs, et mieux résistants à l'abrasion que les couches d'huile siccatives. Comme on l'a exposé dans le CBD 76F, quand les molécules partiellement polymérisées sont dispersées dans un véhicule, le feuil résultant durcit plus vite et résiste mieux à la plupart des agents de détérioration, sinon à tous. Par ordre chronologique, le premier revêtement découvert après les huiles siccatives a été le vernis gras ("oleoresinous") fabriqué par la cuisson d'un mélange d'huile et de résine solide. L'une des résines utilisées tout d'abord était la colophane, une résine naturelle provenant des pins. La colophane elle-même cause malheureusement le jaunissement du revêtement et actuellement on l'utilise pour la synthèse de résines assurant une meilleure stabilité des couleurs. D'autres résines naturelles ont été remplacés par des résines dures synthétiques, dont les caractéristiques sont sûres et uniformes. Les résines confèrent au revêtement des qualités de dureté et de rapidité de séchage, et même, dans certains cas, de résistance aux produits chimiques.
Le pourcentage d'huile mélangé à la résine peut varier, allant de 50 à presque 100 pour cent; le produit est une huile ou un vernis selon la proportion des constituants. Une assez forte proportion d'huile confère une durabilité maximale à la plupart des résines exposées à l'extérieur. Les résines phénoliques pures, cependant, ont une durabilité qui est fonction directe de la proportion de résine, jusqu'au point où le feuil devient trop cassant. Les vernis contenant une faible proportion d'huile sont qualifiés de vernis courts en huile. Les autres sont les vernis à forte teneur en huile. La proportion d'huile est exprimée en gallons d'huile par cent livres de résine.
Les vernis peuvent aussi être préparés avec des véhicules autres que les liants gras (huile plus résine). Les solutions des résines alkydes et uréthanes dont traitera un digeste ultérieur, sont souvent qualifiées de vernis synthétiques. On utilise les résines alkydes pour recouvrir les surfaces intérieures en bois en raison de leur couleur claire et de l'inaltérabilité de leurs couleurs. Les résines uréthanes ne souffrent pas des tendances à la fragilité des vernis gras durs. Les vernis uréthanes possèdent de grandes qualités de résistance à l'abrasion en raison de leur dureté et de leur flexibilité; en conséquence on les emploie pour recouvrir les planchers. Les vernis, comme les revêtements non pigmentés, n'ont pas un comportement satisfaisant sur le bois extérieur. Ils transmettent une forte proportion de la fraction destructrice du rayonnement solaire, l'ultraviolet, qui entraîne la dégradation soit du liant soit du bois.
Vernis-Emails. De la même façon que les vernis ont été préparés pour remédier à quelques-uns
des défauts des huiles siccatives, les vernis-émails ont été mis au point pour améliorer les peintures. Les vernis-émails sont des pigments dispersés dans des vernis ou des résines qui durcissent par réaction chimique et non par évaporation du solvant seulement. Ils possèdent la propriété caractéristique de former des feuils lisses et durs. On a tendance à qualifier de vernis-émail le revêtement possédant un fort brillant et de peinture celui dont le brillant est faible, mais en fait on peut préparer des vernis-émails brillants ou mats, tout comme les peintures. Comme il n'y a pas de séparation nette entre une huile siccative et un vernis très gras, ce dernier est qualifié de peinture quand il est pigmenté.
Les premiers vernis-émails étaient à base de liants à l'huile et à la résine, et sont restés le seul type disponible pendant bien des années. Les vernis-émails gras d'intérieur conservent mieux leur couleur et leur brillant que les peintures à l'huile, mais malheureusement le type de résine donnant la durabilité externe cause le jaunissement du vernis-émail. Le liant étant partiellement polymérisé, il est nécessaire d'y ajouter du solvant pour l'application. Les vernis et vernis-émails gras contiennent habituellement 50 pour cent de solvant.
Au cours des dernières années de nombreuses résines ont été fabriquées et utilisées pour l'élaboration de vernis-émails destinés à un emploi particulier. Quelques-unes des plus importantes sont les résines alkydes, époxydiques, polyuréthanes et acryliques. En raison du grand nombre de liants différents, ils feront l'objet d'un digeste séparé.
Laques. Les laques sont des revêtements dans lesquels le liant est dissous par des solvants
organiques. Le durcissement se produit uniquement par évaporation du solvant. En Amérique on restreint l'utilisation de ce terme aux revêtements à base de nitrocellulose, sauf si un adjectif est ajouté au mot "laque", comme dans "laque acrylique". Les solutions alcooliques de résines naturelles, telle la gomme-laque, qu'on utilisait avant la découverte des laques synthétiques, sont encore appelées vernis à l'alcool, bien que par définition ce soient des laques.
Les laques cellulosiques ont été préparées pour obtenir un séchage rapide de la couche de finition des meubles fabriqués en série. Les molécules sont déjà polymérisées, et on les dissous dans un solvant à évaporation rapide pour en assurer le séchage accéléré. Comme aucune réaction chimique ne se produit au cours du séchage, le liant reste soluble. En conséquence, les laques à étendre au pinceau ne donnent pas un résultat très satisfaisant, car le pinceau étendant une nouvelle couche tend à redissoudre la couche précédente. Par contre l'application au pistolet n'entraîne pas ces difficultés, en raison de l'évaporation rapide du solvant. Le contenu en particules solides des solutions de nitrocellulose est faible, à cause de la grosseur des molécules. Il est par conséquent nécessaire d'appliquer un grand nombre de couches de laque pour obtenir la même épaisseur de feuil fournie par un faible nombre de couches de vernis-émail. Ces dernières années, on a essayé de remédier à ce défaut par l'utilisation d'autres solvants transportant une plus forte proportion d'éléments solides, et en fluidifiant le véhicule à la chaleur (application au pistolet à chaud). Bien qu'on ait obtenu ainsi quelques améliorations, on n'utilise principalement les laques que pour la couche de finition des meubles, où leurs qualités de rapidité de séchage sont mises à profit.
Quelques années après la mise au point originelle des laques, on réussit à fabriquer des laques vinyliques possédant d'excellentes qualités de résistance à l'action des produits chimiques. Plus récemment encore la réalisation des laques acryliques a permis de mettre à profit leurs qualités d'excellente brillance et de solidité des couleurs à l'extérieur.
Peintures à l'Eau
Les différents types de peintures à l'eau se distinguent moins les uns des autres que les différentes peintures et les vernis au solvant. On les appelle simplement "peintures à l'eau" parce que les liants sont soit solubles, soit dispersés dans l'eau. Comme le solvant d'une peinture n'y est présent que pour en réduire la viscosité jusqu'à l'application et qu'il s'évapore ensuite, on pouvait tout aussi bien utiliser le moins coûteux des solvants et le plus facilement disponible : l'eau. Un avantage supplémentaire de cette dernière réside dans le fait que l'humidité des subjectiles est de peu d'importance si elle peut s'évaporer ensuite.
Peintures à Liant Dissous. L'utilisation de l'eau crée quelques difficultés. Comme le liant y est
soluble, il est nécessaire de trouver une méthode pour le rendre insoluble après application, si l'on veut que le feuil résiste tant soit peu aux intempéries ou au lavage. Les premières peintures à l'eau n'ont pas surmonté ces difficultés avec succès, et n'ont pu concurrencer les peintures au solvant qu'en raison de leur bon marché.
La calcimine a été le premier produit commercial du groupe des peintures à liant dissous. Son constituant principal est le blanc de Meudon (craie pulvérisée), et une faible quantité de colle agit comme liant. On a ensuite préparé les badigeons composés de caséine pulvérisée (c'est une protéine extraite du lait) auxquelles on ajoutait un peu de chaux pour obtenir une meilleure résistance à l'eau. Les badigeons à la caséine ont aussi été vendus sous forme de poudre qu'il suffisait de délayer dans l'eau avant l'application. Ces badigeons ne sont employés maintenant que si l'on désire faire des économies draconiennes à l'achat.
Les peintures à l'eau de ciment ont été parmi les premières peintures à l'eau et sont encore employées. Comme leur nom l'indique, le liant est un ciment qui réagit avec l'eau ajoutée immédiatement avant l'application. Ces peintures contiennent aussi des pigments qui lui donnent leur pouvoir opacifiant et leur couleur.
Dispersions. La mise au point des badigeons à la caséine pulvérisée conduisit à utiliser des
liants dispersés dans l'eau, nettement différenciés des liants dissous dans l'eau. Dans le cas d'une dispersion, la résistance à l'eau de feuil durci n'est pas une question primordiale, car le liant y est insoluble. Le but à atteindre est de trouver la voie moyenne entre la stabilité de la dispersion dans sa boîte et la résistance à l'eau du feuil durci. On utilisa tout d'abord des huiles émulsionnées, mais on obtint ensuite plus de succès avec des résines alkydes émulsionnées. Bien que ces peintures ne soient pas aussi résistantes que celle aux résines alkydes solubles, elles représentaient quand même un gros progrès par rapport aux anciens produits solubles dans l'eau.
Les peintures aux résines émulsionnées conduisirent finalement aux vernis styréniques ("peintures au latex") qui maintenant dominent complètement le marché des peintures à l'eau et ont même dans quelques cas empiété sur celui des peintures au solvant. On les appelle aussi "émulsions" ou "peintures au caoutchouc". Cette dernière qualification est impropre, car elle peut causer des confusions avec les produits au caoutchouc chloré et autres peintures au solvant. Ce nom provient de ce que les produits chimiques utilisés pour la fabrication du caoutchouc synthétique ont été employés, en proportions différentes bien entendu, pour élaborer le liant des premières peintures au latex. Le terme d'émulsion, bien qu'il ne soit pas tout à fait précis, est meilleur. Lors de la fabrication du liant, le matériau est une émulsion contenant de petites molécules, mais le matériau solidifié, macroléculaire, est une dispersion au point de vue technique.
Un des avantages principaux des peintures au latex est leur faible viscosité et la présence de macromolécules. Il avait été montré dans le Digeste n° 76Fque les résines les plus solubles, qui produisent un feuil de bonne épaisseur, n'offrent avec les laques que de faibles qualités de résistance à l'intempérisme et aux produits chimiques, tandis que les résines les moins solubles, aux meilleures qualités, produisent des solutions très visqueuses. Si cependant la résine est dispersée dans un liquide volatil (mais non solubilisée), l'eau dans ce cas particulier, c'est la viscosité du liquide de dispersion qui exerce l'action la plus importante. Il est ainsi possible d'utiliser des polymères complexes (macromoléculaires) tout en ayant un fort contenu en matériaux solides.
Cette méthode n'est utilisable pour les peintures séchant à l'air, qu'avec les résines donnant un produit s'étalant suffisamment au cours de l'évaporation de l'eau et formant une pellicule continue aux températures ambiantes. La résine ne doit pas être trop souple, car alors le feuil resterait collant. Comme la température affecte les caractères de souplesse et d'aptitude à l'étalement de la résine, on ne peut appliquer les peintures au latex à des températures trop basses car les particules s'étaleraient difficilement lors de l'évaporation de l'eau. Même s'il se produisait ensuite une élévation de température, aucune force capillaire ne coagulerait les particules et le feuil final serait pulvérulent.
Une autre faiblesse des peintures au latex découle du fait que le pigment et le liant sont tous deux dispersés dans l'eau, alors que pour les revêtements au solvant ou à l'eau le pigment est dispersé dans l'ensemble du véhicule. Il n'est en conséquence généralement pas possible d'utiliser autant de pigment dans une peinture au latex que dans les revêtements fabriqués par dissolution. En outre, quand la moitié de l'eau s'est évaporée, le phénomène de dispersion cesse et le film est formé par le pigment et les particules de résine. Comme le pigment était précédemment mouillé par l'eau, et qu'il doit être maintenant mouillé par la résine, il a tendance à floculer, perdant ainsi une partie de son pouvoir couvrant. Pour les deux raisons précédentes, les couches de finition au latex n'ont pas un pouvoir couvrant aussi bon que les couches de finition au solvant possédant le même brillant. Au moment de la rédaction du présent exposé, on ne connaît pas de peinture brillante au latex, bien que les travaux soient menés activement dans ce domaine.
Au point de vue chimique, il y a trois types de liants pour peinture au latex. On a tout d'abord employé les résines styréniques et butadiéniques et on les utilise encore pour les couches de finition à l'intérieur. Ces résines s'oxydent lentement quand elles sont exposées à l'extérieur, jaunissant les couleurs, et rendant le feuil fragile, car leurs molécules constitutives possèdent
quelques régions chimiquement actives. Les deux autres types de liants sont l'acétate de polyvinyle et les résines acryliques qui peuvent tous deux être utilisés tant à l'intérieur qu'à l'extérieur. Ils donnent d'excellents résultats sur les faces externes des maçonneries, et au cours des dernières années on a adapté leur formulation pour application sur le bois. Comme les résines pour peintures au latex doivent être suffisamment souples pour s'étendre au cours de la formation du feuil, ce dernier possède de grandes qualités d'extensibilité. Les molécules d'acétate de polyvinyle et de résine acrylique ne possèdent pas de points actif chimiquement, et en conséquence le feuil reste très souple et sa couleur n'est pas modifiée. On a également réalisé des combinaisons des deux liants dans la même peinture.
On a récemment consacré de nombreux travaux à la recherche de nouveaux types de revêtements solubles à l'eau, en vue de surmonter les difficultés causées par les dispersions de latex. Parmi ces revêtements se trouvent les huiles et les résines alkydes solubles à l'eau, et comme les véhicules sont des solutions et non des dispersions, le pigment est mouillé par le liant avant séchage. Il est par conséquent possible d'obtenir une peinture possédant un bon pouvoir couvrant et du brillant. Il est toutefois nécessaire de trouver un moyen de rendre le liant insoluble après séchage, tout comme pour les premières peintures à l'eau. Jusqu'à présent on a réalisé avec succès des revêtements qui doivent passer au four pour durcir.
Résumé
Le présent digeste vient de donner la description des différents types de revêtements employés par les peintres et les tentatives d'explication de leur comportement. Comme dans bien des domaines, les techniques évoluent rapidement, et celles qui sont aujourd'hui les méthodes de choix peuvent être remplacées dans un proche futur. La connaissance de la composition et du comportement des revêtements utilisés par les peintres permet à ceux qui ne sont pas de la partie de se tenir plus facilement au courant de l'évolution technique actuelle.
