Revêtements nanocomposites opaques aqueux pour le bois



Ce projet consiste à  démonter s'il est possible de fabriquer des revêtements opaques pour le bois avec renfort de nanocellulose.  En effet les peintures, ou revêtements opaques, comportent des micro-pigments en quantité considérable, mais jamais de nanoparticules comme renfort. Ceci est maintenant pourtant bien connu chez les thermoplastiques.

Nous avons donc fabriqué de tels revêtements nanocomposites. Les renforts consistaient en des nanoparticules de cellulose, telles que livrées, en poudre, en gel, ou modifiées à l'aide de sels quaternaires dans le but de les rendre plus dispersables et augmenter les propriétés.  L'analyse du taux d'azote a montré que la modification de la CNC par le sel héxadecyltrimethyl ammonium a eu un rendement meilleur par rapport à celle par le sel tétramethyl ammonium (TMA). Pour pouvoir utiliser ce réactif selon la méthodologie décrite dans la présente étude, il faut ajouter le réactif (TMA) en excès. Cela rend la CNC trop hydrophobe et elle est alors incapable de mieux se disperser dans les formulations. Il est donc nécessaire d'ajuster la concentration et le temps de réaction pour la modification de la CNC avec le TMA. Il a été possible de voir qu'il y a eu modification de la CNC par le HDTMA via les spectroscopies infrarouge et de résonance magnétique nucléaire. Via le test d'angle de contact, il a été possible de voir que globalement que la CNC modifiée avec les différents réactifs est rendue moins hydrophile par rapport à celle non modifiée.

La modification de la CNC  a été effectuée sous différentes conditions afin d'optimiser les paramètres de modification de surface. La modification a été faite avec une concentration  variable en amine quaternaire et sous différentes durées de réaction et la CNC est devenue hydrophobe, mais pas trop.  La CNC modifiée a formé une solution stable avec les solvants organiques tels que le THF.  Aucun changement n'a été observé sur la structure cristalline de la CNC. L'analyse par XPS a montré que l'amine quaternaire était nettement détectable à la surface  de la CNC. Les résultats ont montré que la concentration en amine quaternaire avait plus d'impact sur la modification de la CNC que la durée de la réaction, laquelle plafonnait après un traitement trop intensif.

La microscopie à force atomique indique que la rugosité des films préparés sur le bois avec la CNC modifiée par le HDMTA (0.35 mmol/g) et le chlorure d'acryloyle est plus faible par rapport à celle du film préparé avec  la CNC non modifiée. Cela indique donc que ces produits ont été mieux dispersés dans le vernis. Le test de résistance à l'abrasion montre aussi qu'il y a eu une augmentation de cette propriété mécanique pour les  films préparés avec ces produits.

Ces résultats indiquent que la CNC modifiée par le HDTMA (0.35 mmol/g) et le Chlorure d'Acryloyl sont mieux à même de se disperser dans le vernis (revêtement pour le bois) et d'augmenter sa résistance à l'abrasion. L'augmentation dans la résistance à l'usure constatée avec ajout de seulement 2 % de CNC ainsi modifiée dans le revêtement est voisin de 40 %.

En ce qui concerne la CNC modifiée par le TMA (14 mmol/g), les résultats ont montré qu'il possède des propriétés moins bonnes par rapport aux deux autres traitements. Cela est dû à la taille de la molécule et à l'excès de réactif ajouté pendant la réaction.

Finalement, par la suite, il est nécessaire de vérifier d'autres propriétés des films préparés avec la CNC modifiée par le HDTMA (0.35 mmol/g) et par le Chlorure d'Acryloyl.  L'utilisation d'ultrasons a donné d'excellents résultats. Il a été déterminé que la profondeur des égratignures sur les films diminue avec l'ajout de NCC. Lors de cette dernière année du projet, des tests sont aussi en cours ont été effectués pour fabriquer des revêtements à deux couches soit une couche sans pigment et une couche avec pigment. Les tests de vieillissement accéléré sont aussi en cours. Ceci n'était pas prévu dans le plan initial. Des tests de diffraction sont effectués en physique pour déterminer s'il y a orientation des CNC lors de l'application et quel rôle elles peuvent jouer dans la diffusion de la lumière.

Chercheur responsable

Bernard Riedl, Université Laval

Équipe de recherche

  • Jean Bouchard (FPInnovations)
  • Tigran Galstian (Université Laval)
  • Véronic Landry (FPInnovations)

Durée

2010-2013

Montant

142 457 $

Partenaire financier

  • ArboraNano

Appel de propositions

Nanotechnologies pour le secteur forestier