Glues naturelles

A base de matières première renouvelables pour les matériaux composites en bois

Une vraie affaire de colle

Les matériaux composites en bois (panneaux de contreplaqué, panneaux de particules…) nécessitent l’utilisation d’adhésifs synthétiques, principalement l’urée-formaldéhyde (UF), phénol-formaldéhyde (PF) et mélamine-urée-formaldéhyde (MUF), d’origine pétrochimique. Non renouvelables, ils peuvent sous certaines conditions d’utilisation et de concentration générer des problèmes pour la santé (risques de cancer) et l’environnement.

Par Amine Moubarik (*)

Dans un souci d’améliorer les adhésifs et de précéder la mise en place des normes écologiques, des scientifiques ont lancé des recherches depuis la fin des années 80 sur des substituant au formaldéhyde (colles naturelles). Plusieurs travaux ont été consacrés à la fabrication de résines dites vertes, préparées à partir de produits naturels renouvelables comme les lignines, les protéines végétales (issues de graines de soja), l’amidon, la farine de maïs et les tannins condensés (pin, pécan, québracho ou mimosa).
La farine de maïs contient généralement entre 75 et 87% d’amidon et entre 6 à 8% de protéines. L’amidon est l’un des polymères naturels les plus abondants sur terre et de surcroît peu coûteux. Les adhésifs à base d’amidon ont une excellente affinité vis-à-vis des matériaux polaires tels que la cellulose de bois. Pour assurer une bonne adhésion, l’angle de contact entre l’adhésif et le substrat doit être faible. Ceci permet à l’adhésif de mouiller parfaitement la surface et de s’étendre uniformément en formant une couche mince avec un minimum de vides. Cette théorie explique la forte adhésion des adhésifs à base d’amidon qui mouillent parfaitement la surface polaire de la cellulose et pénètrent dans les porosités et les aspérités du bois, ce qui permet de constituer de nombreux points d’ancrage après solidification de l’adhésif. Les premiers panneaux de particules collés avec l’adhésif naturel à base de farine de maïs ont été préparés au niveau laboratoire et les résultats obtenus sont très encourageants.
Les tannins sont souvent classés dans les extractibles, c’est des oligomères de poids moléculaire variant de 1000 à 4000 selon la source végétale. A l’origine, ces composés colorés étaient utilisés dans l’industrie du tannage du cuir. Ils représentent environ 2 à 5 % de la masse du bois. Ils peuvent être divisés en deux grands groupes : les tannins hydrolysables et les tannins condensés.
Les tannins hydrolysables, sont un mélange de composés phénoliques simples, comme l’acide ellagique, et d’esters de glucides, principalement d’acide gallique et digallique. Ces esters portent le nom de gallotannins.
Les tannins condensés, sont constitués d’un monomère appelé flavonoïde pouvant être répété de 2 à 30 fois selon leur origine (Figure I). Les tannins condensés sont des polymères de fort poids moléculaire. Les plus couramment décrits faisant 5000 Da, mais on en a découverts de plus de 30 000 Da. Les tannins condensés sont souvent utilisés sur le plan industriel pour la préparation d’adhésifs. Les adhésifs à base de tannins sont bien connus et utilisés en Australie, dans les pays d’Amérique du Sud, en Afrique du Sud et se développent peu à peu en europe. Ils peuvent donner des panneaux de qualité extérieure avec des temps de pressage courts et une émission de formaldéhyde peu importante (Figure II).

Figure I. Unité flavonoïde de type phénolique

Figure II. Panneaux de particules collés avec un adhésif à base de tannin

Comme polymères naturels nous avons aussi la lignine. Elle est obtenue par extraction lors de la cuisson des végétaux pour obtenir des pâtes à papier. Eliminée au cours de la fabrication de la pâte à papier, elle représente une quantité importante de coproduits (50 106 t/an dans le monde) destinés pour plus de 90% à la production d’énergie. La valorisation des lignines industrielles est une condition nécessaire à la rentabilité de nouveaux procédés papetiers en cours de développement, moins polluants que les procédés actuels. Nombreux sont les brevets et les études concernant l’utilisation des lignines comme adhésifs. Ce sont des composés phénoliques, fortement réticulés, abondants et moins coûteux, par contre elles ont une faible réactivité vis-à-vis des aldéhydes. Pour surmonter cet inconvénient, la modification chimique de la lignine est l’une des méthodes possibles pour améliorer sa réactivité.

Généralement, la lignine et les lignosulphonates remplacent partiellement le formaldéhyde des résines synthétiques pures, telles que les résines phénol-formaldéhyde et même les résines urée-formaldéhyde, pour diminuer leur coût et la toxicité du formaldéhyde. Aucune des nombreuses études réalisées sur la formulation des adhésifs naturels à base de lignine pure, en absence des résines synthétiques n’a été développée au niveau industriel.
L’aboutissement de ces études à permet d’évoluer considérablement l’industrie des composites à base de bois.

(*)Doctorant en chimie et physique des polymères
Laboratoire de Physique et Chimie des Polymères
Université de Pau et des Pays de l’Adour, France