La biomasse de lignocellulose est craquée à l'aide d'acide pour produire du furfural. En utilisant la lumière visible et l'oxygène, le furfural est transformé en hydroxybuténolide, qui est ensuite modifié à l'aide de différents alcools pour produire des monomères alcoxybuténolides, qui peuvent être polymérisés en revêtements à l'aide de la lumière UV. Crédit :George Hermens et Paco Visser, Université de Groningue
Des chimistes organiques de l'Université de Groningue et de la multinationale néerlandaise AkzoNobel, un important producteur mondial de peintures et revêtements, développé un procédé qui leur permet de transformer la biomasse en un revêtement de haute qualité à l'aide de la lumière, l'oxygène et la lumière UV. Ce procédé associe une source renouvelable à la chimie verte et pourrait remplacer les monomères d'origine pétrochimique tels que les acrylates, qui sont actuellement utilisés comme blocs de construction pour les revêtements, résines et peintures. Un article sur le nouveau procédé a été publié dans la revue Avancées scientifiques le 16 décembre.
Les revêtements sont partout, de la peinture sur votre maison à une couche protectrice sur l'écran de votre smartphone. Ils protègent les surfaces des rayures, la météo ou les vêtements de tous les jours. La plupart des revêtements sont constitués de polymères à base de monomères acrylates, avec une production mondiale d'acrylate dépassant les 3,5 millions de tonnes par an, tous produits à partir de combustible fossile.
Pour rendre ces revêtements plus durables, scientifiques de l'Université de Groningue, dirigé par le professeur de chimie organique Ben Feringa, fait équipe avec des scientifiques du producteur de revêtements AkzoNobel. « Nous voulions utiliser la lignocellulose comme matière première, " dit George Hermens, un doctorat étudiant dans le groupe Feringa et premier auteur de l'article en Avancées scientifiques . La lignocellulose représente 20 à 30 pour cent des parties ligneuses des plantes et est la matière première de biomasse la plus abondamment disponible sur Terre. Actuellement, il est principalement utilisé comme combustible solide ou utilisé pour produire des biocarburants.
« La lignocellulose peut être craquée avec de l'acide pour produire le furfural, élément de construction chimique, mais cela doit être modifié pour le rendre apte à la production de revêtements, " explique Hermens. Il a utilisé un procédé qui a été développé dans leur groupe pour convertir le furfural en un composé, hydroxybuténolide, qui ressemble à l'acide acrylique. "La conversion chimique n'utilise que la lumière, l'oxygène et un simple catalyseur et ne produit aucun déchet. Le seul produit secondaire est le formiate de méthyle, qui est utile en remplacement des chlorofluorocarbures dans d'autres procédés."
Premier et deuxième auteurs de l'article, Thomas Freese (à gauche) et George Hermens, devant le système d'écoulement utilisé pour la conversion du furfural en hydroxybuténolide. Crédit :Feringa Lab, Université de Groningue
Une partie de la structure de l'hydroxybuténolide est similaire à l'acrylate, mais la partie réactive de la molécule est une structure en anneau. "Cela signifie qu'il est moins réactif que l'acrylate et notre défi était de modifier davantage la molécule afin qu'elle produise un polymère utile." Ceci a été réalisé en ajoutant différents alcools verts ou biosourcés à l'hydroxybuténolide, créant quatre monomères alcoxybuténolides différents.
Ces monomères peuvent être transformés en polymères et en revêtements à l'aide d'un initiateur et d'une lumière UV. "Les revêtements sont constitués de chaînes polymères réticulées. En combinant différents monomères, nous pourrions obtenir des polymères réticulés avec des propriétés différentes." Par exemple, alors que tous les polymères recouvriraient le verre, une combinaison a également pu former un revêtement sur du plastique. Et en ajoutant des monomères plus rigides, un revêtement plus dur s'est formé, avec des propriétés comparables à celles des revêtements sur les voitures. De cette façon, ces revêtements sont adaptables à différentes fins.
"Nous avons réussi à créer des revêtements à partir d'une source renouvelable, lignocellulose, en utilisant la chimie verte, " conclut Hermens. " Et la qualité de nos revêtements est similaire à celle des revêtements actuels à base d'acrylate. " Pour deux étapes du processus, des demandes de brevet ont été déposées auprès d'AkzoNobel, le partenaire industriel du projet. Hermens travaille actuellement sur un bloc de construction différent dérivé du furfural pour produire d'autres types de revêtements polymères.
