Deux pièces métalliques assemblées à l'aide du nouveau, adhésif produit de manière durable. Derrière eux :trois pots contenant les ingrédients de la colle – le durcisseur liquide (jaune), le durcisseur de pâte (blanc) et le solvant organique de lignine (noir). Crédit :Fraunhofer-Gesellschaft
Il y a une demande croissante de produits verts, mais pour qu'elles soient réellement durables, les fabricants doivent également utiliser des adhésifs et des peintures à base de matières premières biosourcées. Les matériaux avancés développés dans les laboratoires Fraunhofer montrent la voie à suivre.
La demande de produits biologiques est en plein essor. Les fermes industrielles et les champs trempés dans des cocktails chimiques sont peu attrayants pour les nombreux consommateurs qui préfèrent voir des animaux en liberté dans des pâturages verdoyants, manger des fruits et légumes non traités et porter des vêtements faits de produits issus de l'agriculture biologique, coton sans pesticides. Ce n'est pas assez, cependant, simplement pour remplacer le plastique par des matériaux naturels comme le bois ou le liège. Pour que les produits soient véritablement durables, les fabricants doivent également utiliser des adhésifs et des peintures à base de matières premières biosourcées.
La plupart des adhésifs traditionnels sont fabriqués à partir de résines époxy thermodurcissables à base de pétrole. Ce sont des résines synthétiques qui conservent leur forme une fois chauffées. Les monomères sont les éléments constitutifs des résines époxy. Un agent de durcissement ou un durcisseur provoque la liaison des molécules individuelles, créer un plastique solide qui ne fondra pas. Les additifs servent à affiner les propriétés en fonction de l'application donnée. Par exemple, des pigments peuvent être ajoutés pour colorer la résine, et d'autres additifs sont utilisés pour l'ignifugation ou pour rendre le plastique plus facile à traiter.
Lignine et graines de lin en poudre. Derrière eux :trois pots contenant les ingrédients de la colle – le durcisseur liquide (jaune), le durcisseur de pâte (blanc) et le solvant organique de lignine (noir). Crédit :Fraunhofer-Gesellschaft
Époxydes d'huiles végétales avec additifs naturels
Pourtant, il est également possible de produire des résines époxy à partir de matériaux respectueux de l'environnement. Une nouvelle approche est prometteuse :les époxydes d'huiles végétales, une version organique des résines époxy conventionnelles. Ils sont issus d'huiles végétales contenant une forte proportion d'acides gras insaturés. Ces acides gras sont époxydés; C'est, lié à un composé trivalent constitué de deux atomes de carbone et d'un atome d'oxygène. La combinaison de ces époxydes d'huiles végétales avec des durcisseurs produit des plastiques remarquablement résistants. Et avec cela, adhésifs durables, les revêtements et même les résines en mousse semblent être des options viables. Mais la composition chimique des matières premières extraites des graines de plantes oléagineuses peut varier considérablement. Et cet écart est un problème pour les fabricants.
Évaluation de la courbe de mesure et détermination de la résistance au cisaillement en traction. Crédit :Fraunhofer-Gesellschaft
Colles écologiques aux propriétés idéales
Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour la microstructure des matériaux et des systèmes IMWS ont entrepris de s'attaquer à ce problème en sondant les propriétés des résines biogéniques nouvellement développées. C'est une analyse pénétrante :« Nous étudions ces résines du niveau micro au niveau macro, " dit Andreas Krombholz, chef de groupe à l'IMWS. La première étape consiste à déterminer comment les variations de la composition de la matière première affectent les résines. Une fois que l'équipe IMWS a résolu ce casse-tête, ils peuvent commencer à améliorer et à adapter les résines aux méthodes de traitement données.
Les scientifiques de Fraunhofer utilisent également des époxydes d'huiles végétales pour développer de nouveaux adhésifs. Toutes les formulations de ces adhésifs des laboratoires Fraunhofer sont sans solvant. Les chercheurs creusent plus profondément pour savoir quels charges et additifs peuvent être utilisés pour fournir des propriétés spécifiques. Haute conductivité électrique, par exemple, est très pratique. Si une couche adhésive est conductrice, il peut être chauffé de l'intérieur vers l'extérieur en appliquant une tension électrique, le durcissant ainsi rapidement et sélectivement. Ou un additif tel que l'huile de thym modifiée pourrait conférer à l'adhésif des propriétés antibactériennes.
Conversion de l'époxydation au traitement enzymatique
L'utilisation d'époxydes d'huiles végétales augmente la teneur en matières organiques de ces adhésifs à 86 pour cent, car les matériaux contiennent un pourcentage élevé d'huile végétale et l'agent de durcissement est à base de substances organiques plutôt que de dérivés du pétrole. Par comparaison :pour être qualifié de matériau durable, au moins 35 pour cent de ses ingrédients doivent provenir de sources renouvelables. "En collaboration avec l'Institut Fraunhofer d'ingénierie interfaciale et de biotechnologie IGB, nous sommes passés de l'époxydation à un nouveau procédé enzymatique. Cela signifie que nous pouvons traiter les huiles végétales sans utiliser de produits pétrochimiques. Le traitement aux enzymes se déroule à 40 degrés Celsius plutôt qu'à 100 degrés Celsius comme par le passé, donc nous économisons aussi de l'énergie, " ajoute Krombholz. Les avantages ne s'arrêtent pas là. Les utilisateurs industriels en Europe s'étaient procurés l'huile de lin pour les époxydes d'huile végétale au Canada, ce qui n'est pas vraiment écologique compte tenu de la distance à parcourir. Les scientifiques de Fraunhofer ont adapté le processus pour utiliser une huile essentielle dérivée de la tête de dragon moldave, cultivé de manière biologique en Allemagne, plutôt que de l'huile de lin importée. Cela réduit encore plus l'empreinte carbone. En plus de ça, les chercheurs ont trouvé un substitut respectueux de l'environnement pour le durcisseur auparavant hautement toxique.
