Nanofibrilles de cellulose (NFC) dans les revêtements pour surfaces en bois (MoNaCo)

Afin de conserver leur aspect naturel et leurs parfaites fonctionnalités aussi longtemps que possible, les façades en bois sont revêtues de produits de protection. Ce revêtement devra par la suite être régulièrement entretenu afin d’éviter que les influences climatiques comme le rayonnement lumineux, l’humidité, la grêle ou les micro-organismes ne l’abîment ce qui entraîne tôt ou tard sa destruction. Les revêtements transparents ou partiellement transparents présentent particulièrement une résistance insuffisante et doivent être fréquemment remplacés, entraînant pour les propriétaires des coûts plus élevés que s’ils avaient par exemple choisis une formule pigmentée. Dans ce projet, les nanofibrilles de cellulose ont été introduites dans des systèmes de liants aqueux et transparents à base d’acrylique et résine alkyde en vue d’améliorer les performances et la durabilité de ces revêtements pour surfaces en bois.

Dans un grand nombre de cas, les revêtements pour surfaces en bois destinés à l’usage extérieur ne présentent pas une grande stabilité à long terme; ils doivent être régulièrement remplacés, ce qui augmente les coûts du cycle de vie des applications mettant en œuvre le matériau bois.

Les optimisations apportées à la fonctionnalité et à la durabilité des revêtements (en y ajoutant par exemple des NFC) permettent ainsi de réduire les opérations de rénovation et d’augmenter de ce faite la compétitivité du bois par rapport à d’autres matériaux en usage extérieur.

L’objectif de ce travail de recherche consistait à explorer le potentiel des nanofibrilles de cellulose (NFC) en tant qu’additif innovant, biologique et renouvelable, dans le but d’améliorer les performances et la durabilité des revêtements du bois en usage extérieur.

Il s’agissait d’une part d’identifier les caractéristiques rhéologiques et mécaniques des revêtements, et d’étudier par la suite l’effet qu’ont les NFC sur celles-ci. D’autre part, l’étude a examiné la possibilité d’utiliser les NFC comme substance porteuse. Différents agents actifs comme les absorbeurs UV, les biocides organiques ou les nanoparticules peuvent être adjoints au réseau des NFC afin d’optimiser les fonctionnalités du revêtement. Ce procédé permet de mieux répartir et de fixer de manière plus fiable les agents actifs dans la matrice du revêtement.

Ce projet de recherche nous a permis d’accroître nos connaissances sur l’emploi possible des nanofibrilles de cellulose pures ou modifiées en tant qu’additif dans les produits de revêtement du bois et de mieux appréhender leurs propriétés et fonctionnalités. Nous savons désormais qu’il s’agit d’un additif multifonctionnel, susceptible d’améliorer différentes caractéristiques des revêtements du bois et d’en augmenter les performances. Les résultats de cette étude offrent une base de connaissances utiles pour l’optimisation de certaines propriétés ciblées d’un revêtement comme par ex. ses caractéristiques mécaniques ou sa résistance aux UV et aux micro-organismes.

Les expériences menées sur les liants aqueux acryliques et alkydes ont abouti aux résultats suivants :

Les NFC peuvent être utilisées en tant qu’agent épaississant. L’ajout de NFC modifie en outre la fluidité des liants qui passent d’une viscosité linéaire à une fluidité par cisaillement.

Les NFC influencent la formation du film. Une structure de surface plus rugueuse entraîne généralement une perte d’éclat. La transparence et la couleur des revêtements demeurent pratiquement inchangées.

La présence de NFC rigidifie les films de liants et augmente la résistance à la traction. Parallèlement, les liants affichent un module de conversation plus élevé, ce qui signifie qu’ils retrouvent plus facilement leur état d’origine suite à une déformation. Grâce au réseau formé par les NFC, les liants particulièrement fragiles sont plus résistants à la fissure.

Les NFC peuvent servir simultanément comme substance porteuse et agent dispersant pour les composants de protection du bois comme les nanoparticules ZnO. La liaison opérée entre les nanoparticules et le réseau des NFC permet d’éviter la coagulation puis la floculation des particules lors de la formation du film.

Modified nanofibrillated cellulose in wood coatings (MoNaCo)