Modification de l’énergie de surface du bois par fluoration

Surface energy modification of wood by fluorination

• Auteur / Autrice : Martial Pouzet
• Direction : Alexis Beakou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 16/10/2017
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Leban
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvette Brunet, Capucine Dupont, Marc Dubois, Karine Charlet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sylvette Brunet, Capucine Dupont

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitements de surface

Fluoration

Bois

Mots clés libres

Bois

Cellulose

Lignine

Traitement de surface

Fluoration directe

Hydrophobicité

Spectroscopie IR

RMN

Absorption d’eau

Cellulose

Direct Fluorination

Hydrophobicity

Lignin

Spectroscopy

Surface treatment

Water Absorption

Wood

Résumé

La disponibilité, les aspects écologiques et économiques du bois sont autant d’avantages qui expliquent le large champ d’applications de ce matériau dans plusieurs domaines tels que la papeterie, l’ameublement, la menuiserie ou la construction. Cependant, le bois est un matériau hygroscopique très sensible aux variations d’humidité et de température ambiante. Le gonflement et le retrait causés par l’adsorption et la désorption de l’eau engendrent des fissures et des déformations dans le bois, le rendant incompatible avec certaines applications.Dans cette étude, une méthode originale a été appliquée sur des échantillons de bois (douglas et sapin) pour diminuer leur caractère hydrophile : la fluoration directe par du fluor moléculaire F2. Le greffage covalent des atomes de fluor sur la surface du bois, grâce à une substitution des groupements C-OH par des liaisons C-F, a été validé par spectroscopie infrarouge et par Résonance Magnétique Nucléaire du 19F.Le bois, qui est intrinsèquement hydrophile, acquiert un caractère hydrophobe comparable à celui du Téflon grâce à la fluoration. Des études de vieillissements sous atmosphère ambiante et irradiation UV ont permis de déterminer une bonne durabilité du traitement. De plus, ce traitement permet d’obtenir un caractère hydrophobe sans changements structuraux (morphologie, densité et couleur) ou mécaniques majeurs. Grâce au caractère surfacique de la fluoration, la conservation de ces propriétés après la fluoration s’avère être un remarquable avantage par rapport aux autres traitements physiques et chimiques classiquement utilisés dans l’industrie du bois.

The availability, the ecological and economic characteristics of wood are advantages which explain the very wide scope of applications of this material in several domains such as the paper industry, furniture, carpentry and construction. However, wood is a hygroscopic material, highly sensitive to ambient humidity and temperature. The swelling and the shrinking caused by water adsorption and desorption cycles lead to cracking and deformation in the wood volume, making it incompatible for some applications.In this study an original surface treatment was applied to wood samples (douglas and silver fir species) to decrease their hydrophilic character: direct fluorination using F2 gas. The covalent grafting of fluorine atoms onto extreme wood surfaces through a conversion of C-OH groups into C-F was evidenced by Fourier-Transform infrared spectroscopy and 19F solid state Nuclear Magnetic Resonance.The wood which is initially hydrophilic acquires a hydrophobic character comparable to that of Teflon, thanks to fluorination. Good durability of this treatment under ambient atmosphere and UV irradiation was also highlighted. Moreover, because it affects only the extreme surface, this treatment allowed us to obtain a hydrophobic character without major structural (morphology, density and colour) or mechanical changes. The maintaining of these properties after fluorination appears to be a remarkable advantage over other traditional physical and chemical wood treatments.