Des résines biosourcées qui durcissent à la lumière blanche

Colles, revêtements, automobile, électronique, construction ou encore aéronautique, les résines époxy thermodurcissables sont présentes dans de nombreux objets du quotidien. Une fois durcies, ces résines forment un réseau de molécules très solide résistant aux attaques chimiques. Mais leur fabrication repose encore largement sur des ressources fossiles et nécessite généralement des traitements à température élevée. Trouver des matières premières renouvelables et des procédés de fabrication moins énergivores constitue donc un enjeu de recherche important.

Dans ce contexte, les scientifiques de l’Institut de chimie de Nice (CNRS/Université Côte d'Azur) ont cherché à remplacer par une activation lumineuse le chauffage traditionnel de ces résines époxy nécessaire pour activer les réactions et former progressivement le réseau. En associant des époxydes de la famille des terpènes issus du limonène* ou de la carvone** à un anhydride, une molécule capable de réagir avec les fonctions époxy, et à une petite quantité d’un composé organique appelé imidazole, ils ont découvert qu'une exposition à la lumière blanche permettait effectivement de former le réseau polymère, sans photoamorceur conventionnel. Plus surprenant, la lumière ne reproduit pas simplement la réaction obtenue par chauffage : elle oriente différemment l'ouverture des fonctions époxyde et conduit ainsi à une autre manière de construire le réseau. 

Ils ont tout d’abord transformé ces terpènes en molécules portant des fonctions époxy capables de former un réseau tridimensionnel. Pour réaliser l’étape suivante de durcissement, plutôt que chauffer fortement le mélange, les scientifiques l’ont simplement exposé à une source de lumière blanche. Ils montrent que la lumière ne se contente pas de chauffer le matériau mais elle modifie également la manière dont les fonctions époxy réagissent entre elles. Les deux procédés ne suivent pas le même chemin réactionnel et conduisent à une organisation distincte du réseau polymère final.

Le matériau obtenu à partir du dérivé du limonène est incolore et transparent avec une transmission de la lumière visible comprise entre 75 % et 88 %. Il présente également de meilleures performances que le matériau préparé par chauffage. Par exemple, sa résistance à la traction atteint 42 MPa, contre 34 MPa pour son équivalent thermique, tandis que son allongement avant rupture passe de 5,4 % à 15 %. 

Enfin, les tests préliminaires d’adhésion réalisés pour assembler deux morceaux de bois, et d’utilisation comme revêtement transparent capable de laisser visible un motif situé sous la couche déposée, montrent le potentiel de cette méthode de synthèse pour des applications où transparence, résistance et mise en œuvre dans des conditions douces sont recherchées.

Ces résultats, à retrouver dans la revue Angew. Chem. Int. Ed., ouvrent la voie à la fabrication de résines thermodurcissables entièrement biosourcées à partir de dérivés de terpènes, en utilisant la lumière blanche, et sans l’intervention de photoamorceurs généralement utilisés pour déclencher la polymérisation. Au-delà de l’origine renouvelable des matières premières, le procédé met en évidence un rôle inédit de la lumière dans la formation du réseau polymère. Un rôle que les scientifiques souhaitent désormais mieux comprendre pour développer de nouveaux matériaux thermodurcissables biosourcés à hautes performances.

* Molécule extraite des écorces d’agrumes.

** Composé qui entre dans la composition de certaines huiles essentielles.

Rédacteur : CCdM