Nous suivre Info chimie

Des résines époxy biosourcées non toxiques

Dr Sylvain Caillol, Pr Bernard Boutevin Chaire ChemSuD, ENSC Montpellier Institut Charles Gerhardt UMR CNR5253 sylvain.caillol@enscm.fr

Sujets relatifs :

,
Des résines époxy biosourcées non toxiques

Structure de tanin.

Le travail présenté concerne l'utilisation de composés aromatiques polyfonctionnels issus de ressources renouvelables pour l'élaboration de résines de type époxy thermodurcissables. Non toxiques, ils sont un substitut au bisphénol A.

A l'heure actuelle, les industriels de la chimie doivent faire face à de nouvelles contraintes : la volatilité des prix des matières premières fossiles et l'anticipation de leur raréfaction ; un contexte global de réduction drastique de la libération de gaz à effet de serre d'origine fossile ; une pression réglementaire forte concernant les aspects toxicologiques des matières premières et intermédiaires de synthèse avec les réglementations (Reach, DCE1... ).

Face à ces contraintes, l'industrie chimique doit continuer à répondre aux attentes de la société mais dans le cadre d'un développement durable, avec des produits et des procédés alternatifs plus respectueux de l'homme et de son environnement, et ainsi envisager un nouveau cocktail de matières premières, en particulier en élaborant des matériaux à partir de ressources renouvelables. Orienter une chimie nouvelle, respectueuse d'un développement durable, c'est lui donner deux grands axes : limiter la contrainte qui pèse sur le pétrole et réduire les émissions de carbone fossile produites mais également remplacer des substances dangereuses, préoccupantes pour la santé humaine. C'est pourquoi il ne suffit pas de se contenter de substituer des molécules d'origine fossile par des molécules biosourcées identiques - on conserve l'éventuelle toxicité. Il faut envisager également de substituer les propriétés d'un matériau avec de nouveaux intermédiaires issus de ressources renouvelables. Ce sont ces objectifs que se sont fixés conjointement la Chaire européenne de chimie nouvelle pour un développement durable ChemSuD, hébergée à l'École nationale supérieure de chimie de Montpellier et l'équipe d'Ingénierie et d'architecture macromoléculaire de l'Institut Charles Gerhardt de Montpellier. C'est là-bas que sont envisagées de nouvelles solutions de « chimie verte » pour élaborer les polymères biosourcés de demain : polyuréthanes biosourcés sans isocyanate, résines phénoliques sans formaldéhyde, résines époxy sans bisphénol A...

Remplacer le bisphénol A par des tanins

Depuis leur création, dans les années 50, les résines époxy sont devenues l'un des grands succès de l'industrie des matières plastiques. Elles sont d'application universelle grâce à leur polyvalence et à leur facilité d'utilisation. Les résines époxy incluent une grande variété de matériaux possédant une gamme étendue de propriétés physiques. Le large spectre des propriétés accessibles avec les résines époxy les ont rendues particulièrement utiles dans des applications électroniques, comme l'isolation des transformateurs, des interrupteurs, des coupe-circuits. Au-delà de leurs propriétés isolantes, les résines époxy possèdent d'excellentes propriétés mécaniques et électriques, de stabilité en température et à la friction, de résistance aux produits chimiques. D'une façon générale les résines époxy ont de bonnes caractéristiques d'adhérence et de résistance aux produits chimiques, et sont bien connues comme revêtements protecteurs sur des surfaces métalliques. Les résines époxy sont adaptées tant aux articles ménagers qu'aux grands travaux de construction, tant aux ordinateurs qu'aux satellites, tant aux canettes de boissons qu'aux cloisons des navires... La production de résines époxy dans le monde voisine aujourd'hui les 2 Mt/an. Les résines époxy sont constituées de deux composants qui réagissent entre eux pour former une résine réticulée aux remarquables propriétés mécaniques et thermiques. Cette réaction se produit entre un prépolymère qui est un composé portant des fonctions époxy (glycidyl) et un durcisseur. Le durcisseur est un composé portant des fonctions amines (primaires et éventuellement secondaires) ou portant des fonctions acide ou anhydride d'acide. Cette réaction a lieu à température ambiante ou à chaud et elle est exothermique. Les composés aux fonctions époxy sont généralement synthétisés à partir de bisphénol A et d'épichlorhydrine, ce sont des oligomères de diglycidyléther de bisphenol A (DGEBA). Le bisphénol A (BPA) est un produit toxique, classé CMR Reprotoxique de catégorie 3. Le BPA est utilisé depuis plus de 50 ans et sa production mondiale est de plus de 3,5 Mt/an. Depuis les années 2000, de nombreuses publications ont étudié ses effets sur la santé humaine. Des centaines de publications décrivent la toxicité du BPA sur l'homme, le nourrisson et l'animal, même à très faibles doses. Cette récente prise de conscience implique des substitutions dans le monde des résines époxy.

Trouver des substituants naturels au BPA a été l'objectif principal de nos travaux, menés en relation avec le Dr Hélène Fulcrand de l'équipe « Sciences pour l'œnologie » de l'Inra Montpellier. Les polyphenols et en particulier les tanins extraits des co-produits des industries vinique et sylvicole sont des molécules aromatiques naturelles, non toxiques, pouvant avantageusement remplacer le BPA pour élaborer des green resins. L'intérêt de ce travail est de pouvoir utiliser des composés aromatiques naturels qui présentent des rigidités et des performances supérieures à des squelettes carbonés aliphatiques. Le but de notre étude a donc été de qualifier les tanins naturels comme substituant du BPA dans les résines époxy. Pour cela, dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à des molécules simples, telles que la catéchine pour étudier la réactivité des polyphénols et la fonctionnalisation en époxy. La catéchine est la molécule correspondant à l'unité de répétition des tanins. Selon les positions phénoliques nous obtenons des différences dans les taux d'époxydation et les réactivités avec les amines.

Nous avons réussi à élaborer des résines époxy biosourcées à partir de tanins et de durcisseurs aminés commerciaux comme le résorcinol2. Les résines obtenues à partir des composés naturels fonctionnalisés possèdent des propriétés thermiques et mécaniques comparables aux résines classiques, issues de ressources fossiles. Ces recherches ont été réalisées avec des industriels formulateurs de résines qui projettent d'utiliser ces résines biosourcées sans bisphénol A dans leurs applications respectives : peintures pour contact alimentaire, revêtements de sols sportifs, résines de coulées pour l'équipement automobile, matériaux composites biosourcés pour l'habitat.

Nos recherches dans ce domaine s'orientent également vers les résines phénoliques par la synthèse de durcisseurs polyaldéhydes3.

Références

1. Directive 2005/32/CE

2. Nouailhas H, Burguiere C, Caillol S, Boutevin B, Fulcrand H, Rapior S, « Composés phénoliques naturels et leur mode d'activation pour la formulation de résines thermodurcissables », FR0209589, PCT 2010/051018

3. a) Nouvelles résines de type phénoplastes obtenues à partir de composes phénoliques et de durcisseurs macromoléculaire portant des fonctions aldéhydes, demande brevet n° 09 05594, Boutevin Bernard, Burguiere Carine, Caillol Sylvain, David Ghislain ; b) Procédé de fonctionnalisation de corps gras d'origine naturelle, demande brevet n°1002738, Desroches Myriam, Caillol Sylvain, Boutevin Bernard

Bienvenue !

Vous êtes inscrit à la news Industrie Chimie

Nous vous recommandons

Synthèse de nouveaux photosensibilisateurs pour cellules photovoltaïques

Synthèse de nouveaux photosensibilisateurs pour cellules photovoltaïques

Si la plupart des cellules photovoltaïques commercialisées actuellement sont à base de silicium (cristallin, amorphe, poly-cristallin), d'autres technologies existent ou sont en cours de développement. Parmi[…]

01/11/2014 | ZoomPOLLUTEC
Les deux lauréats 2013

Les deux lauréats 2013

Procédé laser pour le recyclage de films multicouches

Procédé laser pour le recyclage de films multicouches

Écoconception de  composés hétérocycliques azotés pour l'industrie et la santé

Écoconception de composés hétérocycliques azotés pour l'industrie et la santé

Plus d'articles