Titre de l'écran-titre (visionné le 27 septembre 2023) / Le bois dispose d'une place de choix dans nos intérieurs grâce à son aspect chaleureux et noble. Il est cependant nécessaire de le protéger des sollicitations mécaniques par un revêtement afin de conserver ses propriétés esthétiques et d'augmenter sa durée de vie. Malgré les efforts fournis pour améliorer les performances mécaniques des revêtements, ils restent sensibles aux égratignures, et ce, même sur des produits haut de gamme. Les manufacturiers du bois doivent alors faire face à des réclamations de leur clientèle, et effectuer diverses opérations de décapage, de réparation et de refinition sur la pièce endommagée, impliquant des frais de transport et de main d'oeuvre. Dans ce contexte, il est intéressant d'améliorer les revêtements utilisés en les dotant de propriétés d'auto-réparation pour traiter les égratignures. Parmi les différents types de revêtements utilisés, les revêtements en base d'eau ont pour avantage d'émettre un faible taux de composés organiques volatils. L'objectif général de ce projet de thèse est donc de développer un revêtement à base d'eau auto-réparateur pour les produits du bois d'intérieur. La première stratégie considérée consiste à utiliser des polyacrylates réticulés réversiblement par des liaisons covalentes formées par réaction de Diels-Alder. L'objectif de l'étude menée est alors d'évaluer la pertinence d'employer cette stratégie couplée à une polymérisation en mini-émulsion. Différents latex ont été formés à partir de monomères acrylates comprenant des groupements furane ou maléimide dans leur chaîne latérale. Les tailles des particules de polymère ont été analysées par diffusion dynamique de la lumière et leur structure chimique a été étudiée par spectroscopie infrarouge. Suite aux résultats obtenus à partir de l'étude précédente, les liaisons covalentes formées par réaction de Diels-Alder ont été substituées par des ponts hydrogène. La polymérisation en mini-émulsion a également été temporairement écartée afin de faciliter la synthèse et la caractérisation des polymères. Différents polyacrylates formés à partir de monomères fonctionnels contenant des groupements urée en chaîne latérale ont été obtenus par polymérisation en milieu organique. Ils ont ensuite été caractérisés par spectroscopie infrarouge, par chromatographie d'exclusion stérique et par calorimétrie différentielle à balayage. Leurs propriétés d'auto-réparation ont été étudiées à partir de la récupération de la brillance et la dureté de surface des meilleurs candidats a été évaluée par nanoindentation. Ces analyses ont permis d'identifier le polymère présentant les meilleures propriétés d'auto-réparation associées à une dureté supérieure à celle des autres candidats auto-réparateurs. La dernière étude vise à reproduire le polymère ayant démontré la meilleure combinaison de performances mécaniques et d'auto-réparation dans une polymérisation en mini-émulsion afin de répondre aux objectifs généraux du projet. Les tailles des particules du latex obtenu ont été mesurées par diffusion dynamique de la lumière et les polymères résultants ont été caractérisés par spectroscopie infrarouge et calorimétrie différentielle à balayage. Le latex n'a cependant démontré aucune propriété d'auto-réparation et sa température de transition vitreuse s'est avérée trop faible pour l'application visée. Différentes étapes d'optimisation ont donc été réalisées pour améliorer ces deux propriétés, notamment en modifiant la nature ou le ratio molaire du monomère fonctionnel. / Wood is a popular material to decorate building interiors owing to its noble and warm appearance. However, it needs to be protected from mechanical damage with a coating in order to maintain its aesthetic appeal and increase its lifetime. Despite the efforts devoted to develop coatings providing a long-lasting surface protection, they remain sensitive to scratches, which can appear quickly as they result from daily interactions with wooden surfaces. Wood manufacturers have thus to face claims from their customers as scratches are aesthetically unpleasant and appear even on high-end pieces of furniture for which higher quality is expected considering the higher purchase cost. The piece of furniture can be replaced or be recovered for repair, but both induce supplementary transport and labor costs. The key to solving this problem is then to add self-healing properties to the coatings in order to treat the scratches. Among the many different types of coatings, the water-based coatings are interesting because they involve low emissions of volatile organic compounds. The general goal of this thesis project is then to develop a self-healing water-based coating for indoor wood products. The first adopted strategy aims to obtain a polyacrylate network that is reversibly cross-linked with covalent bonds formed through the Diels-Alder reaction. The goal of this study is thus to evaluate the relevance of this strategy when this polymer is prepared with mini-emulsion polymerization. Several latices were prepared from monomers bearing a furan or malaimide group in their pendant chain. The size distribution of the polymer particles was assessed using dynamic light scattering and the chemical structure of the polymer was studied with Fourier-transform infrared spectroscopy. Following the results obtained from the previous study, the strategy based on the reversible cross-linking of the polymer was abandoned to use hydrogen bonds between urea groups as dynamic interactions. The mini-emulsion polymerization was temporarily discarded and replaced with a conventional polymerization in an organic solvent in order to ease the synthesisand characterization of the polymers. Several polyacrylates were synthesized from functional monomers bearing urea groups in their pendant chain. They were characterized with infrared spectroscopy, size exclusion chromatography and differential scanning calorimetry. Moreover, their self-healing properties were assessed with gloss recovery following scratch damages and the hardness value of the coatings exhibiting the best self-healing performances was measured with a nanoindentation technique. Through those analyses, the polymer showing the best combinaison between the mechanical and self-healing properties was identified. The last step of this thesis aimed to transfer the synthesis of the previously identified best candidate from conventional polymerization to mini-emulsion polymerization in order to achieve the goal of this project. The size distribution of the polymer particles of the resulting latice was measured with dynamic light scattering and the resulting polymers were characterized by infrared spectroscopy and differential scanning calorimetry. The self-healing properties were afterwards assessed by optical microscopy but the prepared coatings did not show any significant self-healing properties. In addition, the measured glass transition temperature value was too low to suit the final application. Several optimization steps were then carried out to improve the properties of the polymer, for example by modifying the nature or the molar ratio of the functional monomer.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/125543 |
| Date | 05 October 2023 |
| Creators | Mottoul, Marie |
| Contributors | Morin, Jean-François, Landry, Véronic |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxiii, 151 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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