La colle durable à base d’huile de soja et de tanin surpasse les meilleurs adhésifs commerciaux
Un nouvel adhésif provenant de sources durables, produit à partir d’huile de soja et d’autres ingrédients d’origine végétale, a des performances aussi bonnes, voire meilleures, que les meilleures options à base de pétrole disponibles dans le commerce, comme les résines époxy.
La plupart des adhésifs sont fabriqués à partir de produits pétroliers et sont difficiles à recycler. Ils ne se décomposent pas dans les décharges et ne peuvent pas être séparés des matériaux envoyés au recyclage. Selon Jonathan Wilker, chimiste à l’Université Purdue, un substitut durable doit être bon marché, adapté à une production de masse et fabriqué à partir de produits végétaux.
Le laboratoire de Wilker a relevé ce défi et a choisi l’huile de soja époxy comme premier ingrédient car elle est déjà disponible en quantités industrielles car elle est utilisée pour fabriquer du chlorure de polyvinyle (PVC) pour les tuyaux et les câbles. De plus, les époxy sont actuellement le meilleur type d’adhésif disponible. Les époxy fonctionnent en combinant des composés contenant de l’époxy avec une amine nucléophile. Cela ouvre les anneaux époxy, forme de fortes liaisons carbone-azote et crée une matrice de réticulation qui lie les matériaux. Cependant, les polyamines ne fonctionnent pas avec l’huile de soja époxy. Les substituts tels que les acides carboxyliques ou les alcools produisaient également une huile visqueuse et non la forte matrice réticulée nécessaire à l’adhésion. Un troisième ingrédient était nécessaire. « La réponse à toutes les questions de chimie dans notre laboratoire est d’ajouter un peu de chimie des catéchols et cela a réellement fonctionné », explique Wilker.
Le catéchol est un composé organique qui fait partie d’une protéine utilisée par les moules pour adhérer aux surfaces. Comme l’explique Hongbo Zeng, chimiste à l’Université de l’Alberta, les catéchols sont excellents pour les adhésifs car ils forment plusieurs types de liaisons. «Ils peuvent former des liaisons physiques parce qu’ils ont des groupes OH et ils peuvent former des liaisons hydrogène parce qu’ils ont des cycles aromatiques», dit-il.
Pour produire un adhésif durable, le groupe de Wilker s’est tourné vers des composés phénoliques de type catéchol dérivés de plantes. « Les huiles de soja époxydiques sont enfermées et nous choisissons ensuite un composé dans un groupe composé d’acides ou d’alcools, quelque chose qui réagit avec les groupes époxy », explique-t-il, « puis un autre groupe est composé de composés phénoliques ».
Des expériences ont montré que la combinaison de l’acide malique et du tanin, un polyphénol issu de plantes ligneuses, avec l’huile de soja époxy était la plus efficace. Des tests effectués avec des adhésifs disponibles dans le commerce ont révélé que l’adhésif « soja-mal-tan » était tout aussi résistant, voire plus résistant, sur une variété de surfaces, notamment l’aluminium et l’acier polis, le téflon, le bois et le PVC.
Herbert Waite, chimiste à l’Université de Californie à Santa Barbra, affirme que l’étude est « un bon exemple de la manière de réfléchir à la logistique du remplacement d’un produit de consommation par une alternative verte ». Mais des tests supplémentaires sont nécessaires pour des cas d’utilisation spécifiques. «Tout ce qui concerne les catéchols ou les pyrogallols est très sujet à l’oxydation, et l’oxydation conduit à la fragilité et au délaminage – des résultats inacceptables pour de nombreuses applications», ajoute-t-il. Zeng a convenu qu’une optimisation était nécessaire, notant que l’adhésif fonctionnait mieux lorsqu’il était durci pendant 24 heures à 180°C, des conditions qui ne sont pas idéales pour de nombreuses applications.
Le groupe a testé des applications pratiques telles que la résistance à l’eau et a découvert que l’adhésif était résistant à l’eau mais pouvait se détacher au fil du temps lorsqu’il était immergé à des températures plus élevées (70°C ou 180°C). Encore une fois, une optimisation plus poussée pourrait produire des adhésifs dégradables pour le recyclage.
Wilker est convaincu que l’adhésif est optimisable et évolutif grâce aux nombreuses combinaisons d’huile, d’acide et de polyphénols disponibles. Il ajoute que les travaux de son groupe montrent que les adhésifs durables sont possibles et que d’autres peuvent désormais s’appuyer sur ces travaux.
