Mise au point des revêtements nanocomposites multicouches transparents polymérisés sous ultraviolets pour le bois à usage intérieur

Ce travail de recherche comprenait deux volets. Le premier volet avait comme objectif général d’améliorer les propriétés barrières et mécaniques de la couche de surface devant constituer le revêtement multicouche (MC) pour le bois. L’objectif général du second volet visait quant à lui à augmenter l’adhérence du système [MC/surface du bois]. Dans le premier volet, des revêtements polymérisés sous ultraviolets (UV) pour la couche de surface ont été préparés en utilisant trois grades de nanoargile commerciale dispersés (1 et 3 % en masse totale dans la formulation) dans un oligomère commercial du type époxy acrylate. La morphologie des revêtements nanocomposites a été étudiée par diffraction des rayons X et par microscopie électronique à transmission (MET). La propriété barrière, la clarté optique ainsi que les propriétés mécaniques de ces revêtements ont également été évalués. Dans le deuxième volet, les surfaces de bois du bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britton) ont été protégées avec six types de MC. Les formulations polymérisables sous UV pour la couche d’imprégnation et la couche de surface contenaient respectivement la nanosilice (NS : 0 et 0,5 %) et la nanoargile (NA : 0, 1 et 3 %). La morphologie de la section transversale du système [MC/surface du bois] a été étudiée par microscopie électronique à balayage (MEB) et par MET. Enfin, l’adhérence du système [MC/surface du bois] a été investiguée en fonction de l’humidité relative (HR). Les images de MET révèlent que la C30B a été moins bien dispersée que la C10A et la C15A, lesquelles ont donné lieu à l’obtention des revêtements nanocomposites dont la morphologie serait du type intercalée. Les nanoargiles ont un effet autant sur la propriété barrière que sur la clarté optique. Parmi les trois grades de nanoargiles, la C10A serait idéale pour une application pratique (salles de bains) et a été utilisée comme agent de renfort pour la couche de surface des MC. La contrainte d’adhérence du système [MC/surface du bois] a été plus élevée pour les échantillons conditionnés à 80% d’HR que pour ceux conditionnés à 40% d’HR. Le revêtement multicouche 5 (0,5% NS – 1% NA) serait idéal comme système de protection.This research consists in two sections. The main objective of the first section was to improve barrier and mechanical properties of topcoats for wood furniture; while for the second section, the main objective was to increase the adhesion of multilayer coatings on wood surfaces. In the first section, free standing UV-cured coatings were prepared by using three different types of commercial organoclays. These nanoparticles were dispersed (1 and 3 wt % into the formulation) into a commercial epoxy acrylate oligomer. The morphology of these nanocomposites was studied by X-ray diffraction and by transmission electron microscopy (TEM). The barrier property (WVTR: water vapor transmission rate), optical clarity and mechanical tests of these nanocomposites were also assessed. In the second section, surfaces of yellow birch wood (Betula alleghaniensis Britton) were protected with six different types of multilayer coatings (MCs). Prepared primer and topcoat UV-curable formulations constituting these MCs contained, respectively nanosilica (NS: 0 and 0.5 wt %) and nanoclay (NC: 0, 1 and 3 wt %). The morphology of the cross-section of coated wood samples was studied by means of both scanning and transmission electron microscopy (SEM and TEM analysis respectively). The adhesion strength of these MCs on wood surfaces was assessed as a function of relative humidity (RH). TEM images reveal that C30B was not found to be dispersible into the acrylate matrix; while both UV-cured nanocomposites containing C10A and C15A respectively seemed to have an intercalated morphology. All the organoclays used in this study have had an effect on both WVTR and optical clarity. Among the three different types of organoclays, C10A appears to be the ideal reinforcing agent for practical application (bathrooms) and was used for topcoat constituting MCs on wood surfaces. The adhesion strength of coated wood samples conditioned at 80% RH was higher than that obtained on those conditioned at 40% RH. Multilayer coating 5 (0.5% NS–1% NC) appears to be the ideal protection system

Détermination de la porosité des parois cellulaires du bois

Ce travail de recherche avait comme objectif général d'évaluer la taille des pores des parois cellulaires de trois espèces canadiennes à l'aide de deux méthodes expérimentales. L'érable à sucre, le bouleau jaune, et l'épinette noire constituaient les trois espèces. La thermoporosimétrie (DSC ; differential scanning calorimetry) et la porosimétrie au mercure (MIP ; mercury intrusion porosimetry) ont été utilisées. L'ensemble des échantillons fut prélevé à partir des tranches de bois d'épaisseur d'environ 0,5 mm. Nous avons en DSC, observé la présence d'un pic (pic I) à de très basses températures et celle de deux autres pics (pics II et III) à des températures autour de 0 °C. La différence au niveau de l'ultrastructure des parois cellulaires, pourraient expliquer les différences significatives observées pour le pic I d'une part entre l'érable à sucre versus le bouleau jaune et d'autre part entre ce dernier versus l'épinette noire. La présence de différentes quantités d'extractibles associés à l'eau liquide dans les lumens, pourrait expliquer les différences significatives observées pour le pic II entre les trois espèces et pour le pour III, entre l'épinette noire versus chaque feuillu. Les pores apparents des parois cellulaires des trois espèces dont le diamètre moyen, calculé à l'aide de l'équation de Gibbs-Thomson, variait entre 1,27 et 1,61 nm. Des différences significatives ont été observées pour cette variable entre les deux feuillus et entre l'érable à sucre versus l'épinette noire. Celles-ci, seraient attribuées à une différence d'ultrastructure des parois cellulaires des trois espèces. Les résultats obtenus à l'aide de la méthode de MIP, ont montré que la pénétration du mercure dans la structure poreuse des trois espèces a été incomplète et que les pores des parois cellulaires des deux feuillus ont été atteints par le mercure, ce qui ne fut pas le cas pour le résineux. Nous avons également constaté à partir des résultats de MIP, que le diamètre des pores des parois cellulaires de l'érable à sucre serait plus grand que celui des pores dans les parois cellulaires du bouleau jaune et de l'épinette noire

Optimizing Lumber Densification for Mitigating Rolling Shear Failure in Cross-Laminated Timber (CLT)

Rolling shear in cross-laminated timber (CLT) has been identified as the governing factor influencing design value. Likewise, densification has been found to be an effective method of enhancing the rolling shear strength of lumber and in turn, CLT. In this study, utilizing knowledge of material properties, optimization of the compression ratio for densification has been presented. Three-layered CLT beams made from non-densified lumber, grade #1 loblolly pine (Pinus taeda L.), were subjected to a bending load at a span-to-depth ratio of eight and had a rolling shear failure at the mid-layer with a shear strength of 3 MPa. Assuming the same modulus of rupture (MOR) for both lumber and CLT made from the same species and grade, the MOR of lumber was used to calculate the minimum required shear strength (MRSS) of the transverse mid-layer to change the failure mode of the CLT beam from rolling shear to tensile failure. Using the relationship between the compression ratio and the increase in rolling shear strength, the optimized compression ratio for densification was calculated. This procedure resulted in a compression ratio of 16.67% for densification of the mid-layer to avoid rolling shear in the case of CLT beams with a span-to-depth ratio of eight. To verify this process, CLT beams with mid-layers densified at 16.67% were fabricated and submitted to a bending test. Rolling shear failure was mitigated and densified CLT beams failed in tension with a MOR similar to that of lumber, 47.45 MPa. Likewise, rolling shear strength was observed to increase by 48% for CLT that had a densified mid-layer at 16.67%