Les adhésifs sont presque toujours à base de matières premières fossiles comme le pétrole. Les chercheurs du Fraunhofer ont récemment développé un procédé permettant d'utiliser la kératine à cette fin. Ce composé protéique très polyvalent se trouve, par exemple, dans les plumes de poulet. Non seulement il peut être utilisé pour fabriquer une multitude d’adhésifs différents pour une variété d’applications, mais les processus et les produits finaux sont également durables et suivent les principes de base qui sous-tendent une économie circulaire bioinspirée. Le projet, développé en collaboration avec Henkel AG &Co. KGaA, s'adresse à un marché d'un milliard de dollars.
Les adhésifs se trouvent un peu partout :dans les chaussures de sport, les smartphones, les revêtements de sol, les meubles, les textiles ou les emballages. Même les pare-brise automobiles sont collés à l’aide d’adhésifs. Les experts reconnaissent plus de 1 000 types d'adhésifs différents. Ceux-ci peuvent lier presque tous les matériaux imaginables les uns aux autres. Les adhésifs pèsent très peu et se prêtent donc à une conception légère. Les surfaces collées ne se déforment pas car, contrairement aux fixations par vis, la charge est répartie uniformément. Les adhésifs ne rouillent pas et bloquent l’humidité. Les surfaces collées avec de la colle sont également moins sensibles aux vibrations. De plus, les adhésifs sont peu coûteux et relativement faciles à utiliser.
Traditionnellement, les adhésifs ont presque toujours été fabriqués à partir de matières premières fossiles telles que le pétrole. L’Institut Fraunhofer d’ingénierie interfaciale et de biotechnologie (IGB) a récemment adopté une approche différente. Les chercheurs utilisent des plumes comme matériau de base au lieu du pétrole. Les plumes sont un sous-produit de la production de viande de volaille. Ils sont détruits ou mélangés à l'alimentation animale. Mais les plumes sont bien trop précieuses pour être gaspillées car elles contiennent la protéine structurelle kératine. Ce biopolymère se retrouve chez les animaux et constitue les serres, les griffes, les sabots ou encore les plumes. Sa structure fibreuse est extrêmement résistante.
La kératine est un matériau biodégradable et donc écologique dont la structure possède des propriétés spécifiques qui la rendent particulièrement adaptée à la fabrication d'adhésifs. La structure polymère de la kératine, c'est-à-dire ses molécules à très longue chaîne, ainsi que sa capacité à subir des réactions de réticulation la prédestinent à la fabrication de divers adhésifs. "Les propriétés requises pour les adhésifs sont dans une certaine mesure déjà inhérentes au matériau de base et doivent simplement être déverrouillées, modifiées et activées", explique le chef de projet, le Dr Michael Richter.
Au cours des trois dernières années, Fraunhofer IGB a travaillé avec Henkel AG &Co. KGaA sur le projet KERAbond :« Produits chimiques spécialisés à partir de protéines kératiniques fonctionnelles personnalisées » – Kera étant l'abréviation de kératine, combinée au mot anglais bond. Henkel est un leader mondial du marché des adhésifs.
Les partenaires du projet ont récemment développé et affiné un nouveau procédé. Dans un premier temps, les plumes reçues de l'abattoir sont stérilisées, lavées et broyées mécaniquement. Ensuite, un processus enzymatique divise les biopolymères à longue chaîne ou les chaînes protéiques en polymères à chaîne courte par hydrolyse.
Le produit final est une plateforme chimique qui peut servir de matériau de base pour le développement ultérieur d’adhésifs spécialement formulés. "Nous utilisons le processus et la plateforme chimique comme une "boîte à outils" pour intégrer des propriétés bio-améliorées dans le produit final", explique Richter. Cela signifie que des paramètres peuvent être spécifiés pour l'adhésif spécial cible, tels que le temps de durcissement, l'élasticité, les propriétés thermiques ou la résistance. De plus, il ne s'agit pas seulement d'adhésifs faciles à fabriquer, mais également de substances connexes telles que des durcisseurs, des revêtements ou des apprêts.
Dans l’étape suivante, l’équipe Fraunhofer a entrepris de transformer les plumes à grande échelle. L'accélération du processus a été confiée au Centre Fraunhofer pour les procédés chimiques et biotechnologiques CBP à Leuna. L’objectif était de prouver que les produits chimiques de plateforme à base de kératine peuvent également être fabriqués de manière rentable à l’échelle industrielle. Cela impliquait le traitement de plusieurs kilogrammes de plumes de poulet, le matériau produit étant utilisé pour des essais initiaux prometteurs chez Fraunhofer IGB et Henkel.
Ce processus bioinspiré revêt une importance particulière pour la Fraunhofer-Gesellschaft. Ce n’est pas seulement parce qu’il s’agit de matières premières biodégradables ou de méthodes de fabrication particulièrement efficaces. La biotechnologie est en effet l'un des principaux domaines de recherche de la Fraunhofer-Gesellschaft. Richter explique le concept sous-jacent :« Nous nous inspirons de fonctionnalités ou de propriétés qui existent déjà dans la nature ou dans des matières premières naturelles. Et nous essayons de traduire ces propriétés en produits grâce à des méthodes de fabrication innovantes. Cela génère un cycle bio-inspiré pour des matières premières précieuses. "
Fraunhofer IGB est actif depuis quelques années dans tous les aspects de la bioéconomie et a développé une expertise exclusive, par exemple dans le domaine de la kératine. C'est pourquoi l'entreprise chimique Henkel a contacté Fraunhofer IGB pour ce projet.
Le projet a un certain poids économique. Selon Statista, environ un million de tonnes d'adhésifs ont été fabriquées rien qu'en Allemagne en 2019. La valeur totale est d'environ 1,87 milliard d'euros.
Et la production scientifique est également au rendez-vous :une demande de brevet a été déposée pour le nouveau procédé et un article publié dans une revue scientifique. Deux doctorats. les étudiants qui ont mené des recherches approfondies sur le projet chez Henkel et Fraunhofer devraient terminer leur thèse au premier trimestre 2024. Cette nouvelle technologie à base de kératine permettra de produire une multitude de plateformes chimiques de manière durable et bioinspirée. /P>
Fourni par Fraunhofer-Gesellschaft
