Le bois est un matériau biosourcé qui est utilisé dans la fabrication des produits d'intérieur tels que les couvre-planchers, les meubles et les portes. L'aspect esthétique du bois est un facteur important qui influence le choix d'incorporation de ce matériau dans les environnements intérieurs. Le bois est perçu comme étant chaleureux, réconfortant et accueillant. De plus, l'aspect naturel du bois encourage son incorporation dans les architectures intérieures quand la conception biophilique est désirée. Afin d'augmenter le choix de couleurs disponibles sur le marché tout en valorisant les espèces de bois locales, la modification de la couleur du bois est souhaitée tout en conservant son apparence naturelle. L'application de solutions aqueuses de sels de métaux sur la surface du bois représente une méthode permettant la modification de la couleur du bois dû à la complexation des ions de métaux de transition par les polyphénols et/ou autres molécules du bois riches en doublets libres. Les polyphénols sont présents comme molécules libres dans la structure poreuse du bois et appartiennent aux extractibles du bois. La composition en extractibles varie au sein de la même espèce et aussi à l'intérieur d'une même planche de bois entre les différentes cellules du bois. Cette méthode de coloration pourrait alors être appliquée pour modifier la couleur du bois tout en conservant ses traits naturels ou même en permettant de les accentuer. Afin de diminuer les émissions de composés organiques volatils, le développement des teintures à base d'eau est aussi de plus en plus privilégié par les industries. Dans ce projet de doctorat, les facteurs influençant le développement de la couleur en utilisant les systèmes de coloration à base des solutions aqueuses de sels de fer et de nickel ont été investigués pour des espèces de bois feuillus nord-américaines. Dans le premier axe, les types et quantités d'extractibles du bois du chêne blanc (Quercus alba Linnaeus), chêne rouge (Quercus rubra Linnaeus), érable à sucre (Acer saccharum Marshall) et bouleau jaune (Betula allegheniensis Britton) ont été comparés et analysés en relation avec le développement de la couleur. Les résultats ont montré une corrélation plus élevée entre les hydroxyles phénoliques OH-di substitués, OH-monosubstitués et OH non substitués respectivement avec le développement de la couleur, exprimée par la valeur ΔE. Aucune corrélation n'a été trouvée entre les OH de COOH et le changement total de couleur. Dans le deuxième axe, les structures des produits formés sur la surface du bois ont été déterminées par la spectroscopie de Mössbauer pour trois sels de fer différents, sur une même espèce de bois, soit le chêne blanc. Les résultats ont montré des états d'oxydations et structures différentes des produits obtenus sur la surface du bois en fonction du sel de fer utilisé. Dans le troisième axe, l'impact de l'application des sels de fer à la surface du bois de chêne blanc par rapport aux caractéristiques visuelles de la surface du bois a été évalué. Les résultats ont montré que la rugosité du bois a augmenté après application des solutions aqueuses du sel de fer sur la surface du bois et le contraste associé au grain a aussi augmenté. Dans le quatrième axe, la stabilité de la couleur sur la surface du bois ainsi que l'effet de l'application des solutions de sels de métaux sur la photo dégradation des composés du bois ont été déterminés. Les résultats ont montré que l'application des sels de métaux avait un effet photo protecteur sur la dégradation de la lignine durant les premiers temps du vieillissement sous des conditions d'usage d'intérieur. Une protection plus élevée de la lignine a été démontrée pour les échantillons de bois colorés par l'acétate de nickel (II) à 4 % w/v par rapport à 1 % w/v. L'ajout d'un système de finition polymérisé sous rayonnement UV a mené à un changement de couleur plus faible durant le vieillissement accéléré. Les analyses XPS ont montré que les pourcentages de cations de métaux à la surface du bois ont diminué après 6 semaines du vieillissement accéléré. Les résultats de cette thèse ont permis de mieux comprendre les facteurs qui influencent le développement de la couleur par l'application de solutions aqueuses de sels de métaux sur la surface du bois et l'impact de cette méthode de coloration sur l'apparence finale du bois et sa stabilité après exposition aux rayons UV-Vis. / Wood is a bio sourced material commonly used for the fabrication of interior products such as flooring, furniture, and doors. The aesthetic aspect of wood is an important factor that influences the choice of incorporating this material in interior environments. Wood is perceived as warm, comforting, and welcoming. Additionally, the natural aspect of wood encourages people to incorporate it in interior architectures when the biophilic design is desired. Modification of wood's surface color permits to increase the choice of available colors on the market and to valorize local wood species. Metal salts aqueous solutions can be applied to wood's surface to modify its color, due to the complexation of metal ions by wood's polyphenols. Polyphenols are present as free molecules in wood porous structure and they belong to wood extractives. Composition of extractives vary within the same wood species and within the same wood board, as well as between the different wood cells. This method of coloration can be therefore applied to modify wood's color while keeping its natural traits or even by accentuating them. To decrease the emission of volatile organic compounds, development of water-based stains is increasingly prioritized by the industries. In this PhD project, factors influencing color development by use of metal salts aqueous solutions coloring systems were investigated for north American hardwood species. In the first part, extractives of white oak (Quercus alba Linnaeus), red oak (Quercus rubra Linnaeus), sugar maple (Acer saccharum Marshall) and yellow birch (Betula allegheniensis Britton) were compared and analyzed in relation to color development. Results showed higher correlation between the phenolic hydroxyls OH-disubstituted, monosubstituted and nonsubstituted, respectively, with the color development expressed by ΔE value. No correlation was found between the OH groups originating from the COOH and total color change (ΔE). In the second part, structures of products formed on wood's surface were determined by Mössbauer spectroscopy for three different iron salts, on the same wood species: the white oak. Results showed different oxidation states and structures of products formed on wood's surface depending on the iron salt used. In the third part, the impact of applying iron salts on white oak wood surface with respect to the visual characteristics of wood surface, was determined. Results showed that both wood surface rugosity and the grain contrast increased after application of aqueous solutions of iron salt on wood surface. In the fourth part, color stability of wood surface as well as the impact of applying metal salts on wood surface on the photodegradation of wood compounds, were determined. Results showed that the addition of metal ions to wood had a photoprotective effect on lignin degradation during the first stages of aging under the indoor use conditions. Higher protection of lignin was shown for nickel (II) acetate-stained wood at 4% w/v as compared to 1% w/v. The addition of a standard UV-curable finishing system on stained wood surfaces decreased the color changes that occur during light exposure under indoor conditions. XPS analyses showed that the percentages of the metal cations on wood surface decreased after 6 weeks of artificial aging. Results of this thesis allowed to better understand the factors influencing the color development by application of metal salts aqueous solutions on wood surface and the impact of this coloring method on the final appearance of wood and its stability.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/71283 |
| Date | 21 January 2022 |
| Creators | Dagher, Roberta |
| Contributors | Stevanovic-Janezic, Tatjana, Landry, Véronic |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxvi, 157 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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