De l’étude des paramètres physico-mécaniques des revêtements vers le développement de finitions performantes sur bois en extérieur

From the study of physico-mechanical parameters of coatings toward the development of performant wood coatings for outdoor

• Auteur / Autrice : Lise Malassenet
• Direction : André Merlin, Laurence Podgorski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du bois et des fibres
• Date : Soutenance le 15/12/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LERMAB - Laboratoire d'Études et de Recherche sur le MAtériau Bois (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Martin Shanahan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Béatrice George
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bertrand Charrier, Joris Van Acker

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Revêtements protecteurs

Produits de préservation du bois

Bois -- Finition

Mots clés libres

Finitions

Bois

Extérieur

Performances

Coatings

Outdoor

Wood

Performances

Résumé

Exposé aux intempéries, le bois est sujet à des dégradations esthétiques et subit des variations dimensionnelles dues aux alternances de périodes sèches et humides. Son utilisation en extérieur nécessite donc l’application d’une finition (peinture, lasure) pour le protéger. Le revêtement doit être assez souple pour suivre les variations du bois tout en étant assez dur pour résister à de potentiels impacts (grêle). Les performances mécaniques du revêtement jouent donc un rôle primordial dans sa durée de vie. Pourtant, actuellement en Europe, les performances des revêtements sont principalement évaluées à travers des tests de vieillissement suivis d’évaluations visuelles, de mesures de couleur et de brillance et de mesures d’adhérence. L’objectif de ce travail est de mettre en place une méthodologie approfondie d’évaluation des performances des revêtements afin de mieux comprendre les phénomènes régissant le vieillissement des revêtements. La finalité de ce projet est le développement industriel de revêtements innovants sur bois pour un emploi extérieur avec de bonnes performances tout au long de leur durée de service. A travers notre étude, les performances de revêtements traditionnels ont été évaluées avec les tests obligatoires dans la série de norme EN 927 ainsi qu’avec d’autres méthodes (destructives et non destructives) permettant d’avoir une connaissance approfondie de leurs propriétés physico-mécaniques. Ainsi, des mesures de dureté pendulaire, d’extensibilité du revêtement par indentation ou encore des tests de traction sur films libres ont été réalisés. Le pendule de Persoz a particulièrement été investigué comme un outil permettant d’avoir une approche simple et rapide des propriétés mécaniques du revêtement. Ce travail a démontré un lien entre la dureté pendulaire et les performances des revêtements. Les tests de traction de films libres ont permis d’étayer ces résultats en démontrant une corrélation entre la dureté pendulaire et certaines propriétés mécaniques. Enfin, l’étude des variations de dureté pendulaire au cours du vieillissement a permis de mieux comprendre l’apparition des dégradations et a conduit à l’établissement de seuils de performance. Ces résultats ont permis la sélection et l’élaboration de nouvelles formulations photopolymérisables adaptées à une utilisation extérieure. Celles-ci sont constituées d’un mélange de monomères polyfonctionnels (ou diluants réactifs) et d’oligomère(s) combiné(s) à un photoamorceur. Ces différents constituants ont été sélectionnés permettant le développement d’une formulation avec de bonnes performances au vieillissement

Wood used outdoors is subject to aesthetic damages and to dimensional variations due to alternation of dry and wet periods. Therefore, a protection with a coating is recommended. Coatings need to be soft enough to follow variations of wood and at the same time hard enough to be able to withstand possible damages (impact). Hence, mechanical properties of coatings play a major role in their service life. However in Europe, coating performances are mainly assessed through weathering tests followed by visual assessments, color and gloss measurements and adherence tests. The aim of this work is to develop a thorough methodology to assess coating performances in order to better understand the resistance of coatings to weathering. The final objective of this project is an industrial development of innovating wood coatings for outdoors with good performances to weathering during their service life. Through our study, performances of commercial coating were assessed using conventional standardized tests from the EN 927 series but also with other methods in order to gain an extensive understanding of their physic-mechanical properties. Hence, damping and indentation tests on coated wood were investigated as well as tensile tests on free films. Persoz pendulum was particularly used as a tool to approach easily and quickly mechanical properties of coatings. This work established a link between damping test results and coating performances exposed to artificial and natural weathering. Tensile tests on free films have supported these results as a good correlation between damping hardness and some mechanical properties was found. Last but not least, the analysis of damping hardness variations versus weathering time has lead to a better understanding in the development of damages and to the establishment of performance specifications. These results allowed us to select and formulate new UV-curing formulations for outdoors. They are made of a mixture of monomers and oligomers combined with photoinitiators. At this stage, the methodology developed to assess performances has allowed the selection of the best constituents to ensure good performances to weathering