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Qu'est-ce que la peinture?

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Academic year: 2021

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Digeste de la construction au Canada, 1967-11

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Qu'est-ce que la peinture?

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Digeste de la Construction au Canada

Division des recherches en construction, Conseil national de

recherches Canada

CBD 76F

Qu'est-ce que la peinture?

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.

Un des buts visés par les Digestes de la construction au Canada est l'explication des termes techniques utilisés dans de nombreuses branches des sciences de la construction dont s'occupent les architectes et les constructeurs. Le présent Digeste, qui est le premier d'une série consacrée aux revêtements, contient la description générale de leur composition et de quelques-unes des propriétés de leurs éléments constitutifs. Les auteurs de Digestes ultérieurs étudieront en détail les nombreux revêtements que l'on applique sous forme liquide et que l'on qualifie de peintures.

Le lecteur doit prendre note que tous les termes employés dans les Digestes ne sont pas nécessairement répandus dans tous les pays francophones et plus particulièrement au Québec. L'usage que nous suivrons ici est celui du français international, tel qu'il est défini dans les normes techniques françaises. Quant aux termes anglais, l'Office de normalisation fédéral s'occupe à compiler un glossaire normatif des termes employés dans l'industrie de la peinture en vue d'y promouvoir quelque accord sur leur signification précise.

Pourquoi la définition du mot peinture cause-t-elle des désaccords? C'est en partie parce que ce mot possède un sens général et des sens techniques. Dans son sens général il s'applique à tout un groupe de matériaux divers de revêtement. Il peut également désigner chacun de ces matériaux pris isolément. Il peut désigner une reproduction artistique exécutée sur une toile ou une paroi, ou encore la technique du peintre. En général on entend par le mot peinture un matériau liquide qui se solidifie lorsqu'il est étendu en couche mince (le feuil) masquant la surface sur laquelle il a été appliqué. Certains sens spécifiques du mot peinture seront définis dans un Digeste ultérieur décrivant les revêtements.

Composition des revêtements

La connaissance de la composition générale des peintures aidera le lecteur à saisir les différences entre les genres de revêtements. Il découle de leur description générale qu'une peinture consiste en une suspension de particules colorées et insolubles dans un milieu de suspension (véhicule). Cette composition est indiquée sous forme de diagramme à la figure 1.

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Figure 1. Composition générale des revêtements à liquide pigmenté et mode de formation du feuil.

Les revêtements contenant des pigments, ou peintures, sont constitués par deux éléments principaux : le pigment et son véhicule. Les revêtements de finissage ne contiennent pas de pigment, sauf dans certains cas très particuliers. Les pigments sont des poudres très fines donnant leur couleur au revêtement et dissimulant le subjectile (matériau servant de support à la peinture). Le véhicule, qui est le constituant liquide de l'enduit, consiste généralement en deux éléments, l'un volatil et l'autre non volatil. L'élément non volatil forme le film de peinture (le feuil). On peut le qualifier également de liant, car c'est lui qui maintient les particules de pigment sur le subjectile. L'élément volatil, qu'on qualifie de solvant, maintient en dissolution les matériaux de constitution du feuil en même temps qu'il donne la viscosité convenable à l'ensemble. Bien entendu, nombre d'ingrédients différents peuvent être utilisés pour chacun des trois éléments constitutifs.

Pigments

Les pigments sont insolubles dans le milieu de suspension, et sont ainsi capables de masquer le subjectile quand leur concentration est suffisante. La principale différence entre une teinture et un pigment organique est la solubilité de la première. Bien qu'il feuil de teinture soit coloré, il est transparent, et le subjectile n'est pas masqué. Et en dépit du fait que ce feuil constitue un revêtement, ce n'est pas une peinture. Comme il arrive souvent dans une classification, il n'y a pas de démarcation nette entre teintures et pigments, et quelques pigments organiques, spécialement ceux de teinte rouge, sont relativement solubles et ne possèdent qu'un faible pouvoir couvrant.

Les particules pigmentaires doivent aussi être de faibles dimensions pour posséder un certains pouvoir opacifiant. L'influence de ces dimensions est bien illustrée par l'anhydride titanique (TiO2) qui possède un grand pouvoir opacifiant quand les particules ont un diamètre de 0.2 à

0.3 micron, mais qui sous forme de cristal maniable est parfaitement clair (c'est la pierre précieuse appelée rutile). La taille optimale de la particule, pour qu'elle possède un pouvoir opacifiant maximal, dépend de l'indice de réfraction du pigment. Il est nécessaire qu'un pigment dispersé dans un milieu de suspension organique possède un fort indice de réfraction si l'on veut que son pouvoir opacifiant soit élevé. Si les indices de réfraction du pigment et du véhicule ne diffèrent que légèrement, la lumière sera transmise au travers du feuil quelles que soient les dimensions des particules. Quelques pigments paraissant blancs à l'air ne sont ni opaques ni opacifiants quand ils sont dispersés dans un véhicule, en raison de leur faible indice de réfraction. On les emploie cependant car ils donnent quelques propriétés utiles des revêtements.

Nous avons dit ci-dessus que les pigments sont colorés, et nous conviendrons dans le présent texte que le blanc et le noir sont aussi des couleurs. Le phénomène qu'utilise un pigment pour masquer une surface dépend de sa couleur. Les pigments noirs opacifient par l'absorption de plus de 90 pour cent de la lumière incidente, et en réfléchissant bien peu vers l'observateur.

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Les pigments blancs possédant un indice de réfraction convenable et dont les particules ont la bonne dimension, diffusent tout au contraire la lumière incidente à l'intérieur du feuil et en réfléchissent environ 85 pour cent. Comme le rayonnement n'atteint pas le subjectile, il ne peut en révéler les caractéristiques. Les couleurs du spectre, tels les rouges et les verts, opacifient le feuil en absorbant certaines longueurs d'onde du rayonnement et en dispersant les autres. La proportion du pigment par rapport au véhicule varie fortement selon le type et l'utilisation des revêtements. Outre le pouvoir opaficiant, les propriétés du feuil tels le brillant, la flexibilité, la résistance à la traction, la perméabilité, la lavabilité, dépendent de la quantité de pigment dans la fraction non volatile du revêtement. L'interaction de la lumière et du brillant, qui est l'un des traits les plus évidents des peintures, est expliqué à la figure 2. Quand le véhicule est beaucoup plus abondant que le pigment, la surface du feuil est unie et elle reflète la lumière comme un miroir. Au fur et à mesure que la proportion de pigment s'accroît, l'irrégularité de la surface augmente, diminuant ainsi son pouvoir de réflexion et réduisant son brillant. Quand la proportion de pigment est forte, la lumière est diffusée dans toutes les directions, et il n'y a plus aucun brillant.

Figure 2. Effet de la proportion de pigment sur le brillant du revêtement.

Certaines propriétés du feuil ne montrent pas cette variation graduelle en fonction de la proportion de pigment, mais elles subissent plutôt un changement marqué au moment où il se

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trouve juste assez de liant pour recouvrir toutes les particules. On appelle cette proportion la teneur pigmentaire critique. S'il se trouve plus de pigment que la fraction non volatile du véhicule peut en mouiller uniformément, la peinture est qualifiée de peinture trop maigre. Dans ces conditions, les particules non opaques de pigment contribuent à l'opacification du feuil car les faces de certaines particules sont exposées à l'air. Cette composition est utilisée pour obtenir un feuil à fort pouvoir opacifiant pour un faible prix, mais les autres propriétés du feuil, telles que la lavabilité et la flexibilité, sont fortement altérées.

Véhicules

La bonne proportion d'élément volatil par rapport à l'élément non volatil du véhicule dépend des propriétés de ce dernier. Si le liant, l'huile de lin brute par exemple, possède un faible viscosité, aucun élément volatil n'est nécessaire, et le véhicule est entièrement non volatil. Si le liant est un solide ou un liquide visqueux, il est nécessaire d'ajouter un solvant pour liquéfier le mélange liant-pigment ou pour réduire sa viscosité de façon qu'il soit d'application aisée. Il en découle que le solvant porte aussi le nom de dilutif ou diluant. Les chiffres ci-dessous illustrent la relation entre la quantité de solvant nécessaire et la viscosité du liant : les laques vinyliques, dont le liant est une résine solide, contiennent 75 à 80 pour cent de solvant; les vernis-émails alkydes, dont le liant est une résine alkyde à consistance de sirop épais, contient environ 50 pour cent de solvant; les peintures à l'huile peuvent ne contenir que 10 pour cent de solvant. Les différentes propriétés des revêtements résultent principalement des différences des caractéristiques des liants. Un liant doit rester liquide en masse, mais doit se solidifier en un feuil continu quand il est étendu sur une grande surface. Cette seule exigence est déjà difficile à satisfaire. Pour que le feuil se solidifie, il faut que des molécules géantes soient présentes, car de petites molécules constitutives s'évaporent ou bien ne subissent aucune modification quand le liant est étendu en couche mince.

Les matériaux à molécules géantes sont généralement des polymères, c'est-à-dire que leurs molécules contiennent des éléments réitératifs se composant d'un grand nombre de petites molécules de certains types peu nombreux. Si les petites molécules constitutives sont toutes de même type, l'ensemble est qualifié d'homopolymère. Si les petites molécules (les monomères) sont de deux ou trois types différents, la molécule géante est appelée copolymère. Les copolymères possèdent habituellement un plus grand nombre d'heureuses propriétés que les simples mélanges d'homopolymères.

On peut obtenir de trois façons différentes les macromolécules nécessaires aux revêtements: 1) le liant liquide peut consister en petites molécules qui réagissent ensemble pour former des macromolécules après application en couche mince. C'est la façon dont agit l'huile de lin, ce qui explique la lenteur de son durcissement; 2) le polymère peut être constitué avant application, dissous, puis appliqué. Un feuil de liant est formé au fur et à mesure que le solvant s'évapore. La résistance, la solidité, la ténacité du feuil sont fonction de la grosseur de la molécule. Par contre, les macromolécules sont difficiles à dissoudre et leur solution est très visqueuse. Il est donc nécessaire d'ajouter beaucoup de solvant pour pouvoir appliquer le revêtement de sorte que l'on est obligé d'appliquer plusieurs couches pour constituer un feuil d'épaisseur convenable; 3) On peut combiner les deux méthodes précédentes en utilisant des molécules ayant déjà partiellement réagi dans la peinture liquide, et qui continuent à réagir quand la peinture est étendue en couche mince. On peut combiner en toutes proportions les deux méthodes fondamentales. Les petites molécules peuvent être simplement doublées en taille dans le liquide, et la plus grande partie de la réaction pourra se produire après application (cas des huiles épaissies). Au contraire, des molécules assez grandes peuvent être formées dans le liquide, et jointes ensemble dans le feuil par des quantités relativement faibles d'agent de durcissement.

La solubilité des polymères dépend également de la façon dont la molécule est formée. Si la molécule polymère est une longue chaîne, le matériau durcit par évaporation du solvant, et il est toujours soluble à nouveau dans le solvant, même s'il est très résistant aux autres éléments. Si des réseaux moléculaires tridimensionnels sont formés par des réactions entre groupes de molécules, le feuil deviendra résistant à son propre solvant constitutif ainsi qu'aux

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autres produits chimiques. Au fur et à mesure qu'augmente le nombre de réaction inter-moléculaires, (établissement de liaisons transversales) la résistance du feuil aux solvants, à l'eau, à la chaleur et aux actions mécaniques augmentera. Il faut éviter cependant qu'un trop grand nombre de liaisons transversales se produise avant l'application, pour que celle-ci soit facilement réalisable. Les liaisons transversales sont créées dans le feuil, soit par oxydation pour les peintures séchant à l'air, soit par la chaleur pour les vernis-émails au four, soit encore par des réactions chimiques pour les peintures à durcissement par catalyse.

Les revêtements sont généralement le résultat d'un compromis, car il n'est pas possible d'obtenir toutes les propriétés désirables avec un seul matériau. Les liants à petites molécules pénètrent bien les surfaces rugueuses et adhèrent fortement, mais leur durcissement est lent et ils résistent mal aux produits chimiques. Les liants à macromolécules qui durcissent par la seule évaporation de leur solvant sèchent rapidement mais ils sont dissous à nouveau par leur solvant et ils ne forment que des feuils minces. A l'exception de types récents de revêtements, le genre de groupes moléculaires qui donnent un grand pouvoir adhésif au matériau est aussi celui qui est le plus aisément attaque chimiquement. Au contraire, les feuils possédant la plus forte résistance chimique souffrent d'une mauvaise adhésivité en raison de leur plus faible nombre de points d'attraction. En conséquence ce dernier matériau nécessite une meilleure préparation du subjectile que le premier. En général, plus le revêtement est durable, mieux le subjectile doit être préparé.

Résumé

Le présent digeste a traité des éléments principaux des revêtements et plus particulièrement des revêtements pigmentés et des fonctions qu'ils remplissent. Si l'on tient compte du grand nombre d'ingrédients qui peuvent servir pour les trois composants, il semble que les revêtements soient complexes. Les propriétés du feuil final varient fortement en fonction de la formule du mélange. Une autre complication découle du fait que les matériaux doivent agir comme des solides, bien qu'ils soient appliqués sous forme liquide. Ces exigences sont une charge supplémentaire pour l'élaborateur de la formule. Même pour les revêtements à destination très spécifique il lui est nécessaire de recourir à des compromis pour obtenir une composition adéquate du feuil.

Les propriétés générales que doivent posséder les matériaux non volatils, c'est-à-dire les pigments et les liants, viennent d'être étudiées ci-dessus. Ces résultats seront utilisés dans un digeste ultérieur, qui traitera des propriétés de type spécifiques de revêtements. D'autres digestes suivront, qui étudieront les types de revêtements à utiliser dans certains cas, en fonction de leurs propriétés.

Figure

Figure 1. Composition générale des revêtements à liquide pigmenté et mode de formation du  feuil.
Figure 2. Effet de la proportion de pigment sur le brillant du revêtement.

Références

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