Moyens afférant à l’agent de renforcement

Choix des moyens d’accélérer la polycondensation des AAAS

L’hydrolyse et la condensation des alcoxysilanes sont catalysées en milieux acide et basique, alors qu’elles sont extrêmement lentes à pH neutre (cf chapitre I, §5.1). La catalyse acide est inenvisageable dans le cadre de la conservation-restauration du papier, dans la mesure où l’hydrolyse acide est la principale réaction responsable de sa dégradation (cf chapitre I, §2.1). En revanche, pour les papiers traités avec des AAAS, l’exploitation de la catalyse basique est a priori pertinente. Les fonctions amine des AAAS les rendent intrinsèquement basiques, favorisant leur hydrolyse et leur polycondensation.

Toutefois, lors du traitement de documents acides, la réaction acido-basique entre les amines et les acides aboutit à un pH du papier qui n’est généralement que faiblement alcalin. Par exemple, les pH des papiers journaux J1, J2 et J3 traités avec un uptake de 9,0 ± 0,5 % d’AP/DIA 5/95 sont tous compris entre 7,5 et 8 (cf Tableau 3.2). En outre, le pH après traitement de papiers faiblement acides, voire quasi neutres (comme, par exemple, le papier modèle S2ua), demeure généralement inférieur à 9. Or, la polycondensation des alcoxysilanes en solution demeure encore très lente à pH = 9,4 (Monredon-Senani 2004). Par exemple, à ce pH, le diméthyldisiloxane (DM) ne polycondense quasi pas.

Ainsi, un pH encore supérieur pourrait être nécessaire pour accélérer significativement la réaction de polycondensation. Il existe par ailleurs des catalyseurs alternatifs, moins couramment utilisés, parmi lesquels l’acétylacétonate d’aluminium Al(acac)3 (Zhang et al. 1995; Zhang 1997; Zhang and Sakka 1999; Torry et al. 2006) et le chlorure de diphényliodonium Ph2ICl (Fox et al. 1978) (Figure 4.17). Ces deux catalyseurs permettent d’augmenter à la fois les cinétiques d’hydrolyse et de condensation des alcoxysilanes. Ils sont introduits dans le milieu à hauteur, par exemple, d’environ 0,5 % de Al(acac)3 par rapport à la quantité d’alcoxysilane (Zhang 1997), ou d’environ 1 %m de Ph2ICl (Fox et al. 1978)

Suivi cinétique de solutions d’AM en présence de catalyseurs et/ou chauffées 

Présentation de la démarche

Dans un premier temps, les effets des catalyseurs et du chauffage ont été étudiés hors papier, avec des mélanges AAAS/eau. Chacune de ces solutions contient 2 mL d’AM, une quantité variable d’eau, et éventuellement un catalyseur, à savoir NaOH (catalyse basique), Ph2ICl ou Al(acac)3. Toutes les solutions ont été placées sous agitation magnétique dans les conditions ambiantes de température et d’humidité.

Certaines de ces solutions ont, par ailleurs, été chauffées dans une étuve à 40, 50, 60 ou 70 °C. La spectroscopie IRTF permet un suivi semi-quantitatif des réactions en solution. La Figure 4.18 montre le spectre d’un mélange AM/eau 9/1 (proportions massiques), enregistré à (t0) (instant d’analyse dans les minutes suivant la préparation de la solution), puis 1, 2, 5 et 7 jours (j) plus tard. La proportion d’eau dans le mélange a été fixée arbitrairement à 10 %m, valeur pour laquelle il est connu qu’AM polycondense progressivement (Piovesan, 2016).