Development and study of PEC for wood fire-retardancy applications

Abstract

La protection contre l'incendie est un problème majeur dans la construction en bois depuis de nombreuses années. La demande de traitements verts de haute performance qui respectent les caractéristiques physiques et chimiques du matériau s'est accentuée ces dernières années avec l'expansion rapide de la construction en bois. Jusqu'à présent, deux approches principales sont utilisées dans la protection du bois contre le feu : l'imprégnation en masse et le revêtement de surface. Ces deux méthodes ont été largement étudiées, mais elles posent des problèmes de coût en ce qui concerne l'imprégnation, ou des problèmes de durabilité en ce qui concerne le revêtement. D'autres traitements ont été explorés, tels que les revêtements couche par couche, mais leur temps de traitement, dû au dépôt alterné de couches positives (polycationiques) et négatives (polyanioniques) sur le bois, est rédhibitoire pour une application industrielle. Les complexes polyélectrolytes (PEC) sont composés de polyanions et de polycations dans des solutions à base d'eau et constituent une alternative intéressante au revêtement couche par couche. Ils ont été largement étudiés dans divers domaines, notamment l'administration de médicaments, la cosmétique et la nutrition, le traitement de surface. Dans la littérature sur l'ignifugation, les propriétés des PEC sont rarement caractérisées à l'extérieur du matériau, alors qu'il s'agit d'un matériau de base. Dans la littérature sur l'ignifugation, les propriétés des PEC sont rarement caractérisées en dehors du matériau alors qu'il est bien connu que leurs propriétés dépendent du rapport polyanion/polycation, de la concentration, du pH et de la concentration en sel. Dans l'optique de déterminer rapidement la meilleure formulation de PEC, cette étude vise à proposer une méthodologie pour évaluer la résistance au feu d'un PEC, composé de polyéthylèneimine (PEI) et de phytate de sodium (SPA), à l'extérieur du bois. Le développement de cette approche pourrait permettre d'accélérer la recherche en matière d'ignifugation tout en limitant les essais à grande échelle. Tout d'abord, des PECs à différents ratios PEI:SPA ont été séchés à l'air libre et caractérisés chimiquement par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). La stabilité thermique et l'hygroscopicité ont également été étudiées afin de déterminer les PEC présentant un intérêt potentiel pour l'ignifugation du bois. Après ces premières caractérisations, le bois de bouleau jaune a été traité par imprégnation de surface sous vide. Cette technique a été choisie car elle permet de concentrer le produit ignifuge sur la surface exposée au feu tout en limitant le temps de traitement, le gain de poids et les coûts. Ensuite, le bois ignifugé a été caractérisé par différentes techniques dont l'analyse thermogravimétrique et le calorimètre à cône afin de valider les tendances observées lors de la première étape de l'étude.