Quatre utilisations de matières premières renouvelables dans les revêtements durables

Les revêtements sont utilisés dans tous les domaines, de l'étanchéité à la décoration. Ils sont toutefois fabriqués à partir de plastiques non renouvelables, lesquels sont souvent non recyclables et se dégradent, entraînant une pollution par les microplastiques. Compte tenu de l'intérêt récent pour la durabilité et les ressources renouvelables, les concepteurs et fabricants de revêtements se demandent comment utiliser des matières premières renouvelables dans leurs produits.

Les polymères ne représentent cependant qu'une partie de la réponse. Les revêtements sont généralement élaborés à partir de solvants et de produits chimiques dangereux pour l'environnement afin d'obtenir la texture et les émulsions nécessaires. Les chercheurs doivent aussi éliminer ces impacts plus cachés sur l'environnement pour mettre au point des revêtements entièrement durables.

Alors que les matériaux non renouvelables et nuisibles à l'environnement constituent la norme dans l'industrie des revêtements, comment les innovateurs peuvent-ils commencer à intégrer des matériaux renouvelables à la conception de leurs produits ?

Polymères d'origine biologique

Les polymères constituent la base de la plupart des revêtements, mais ils sont traditionnellement dérivés de matériaux non renouvelables tels que le pétrole. Les polymères d'origine biologique constituent une alternative durable. Créés à partir de matières premières renouvelables issues de sources végétales ou animales, les polymères d'origine biologique intègrent les progrès dans l'utilisation des huiles végétales comme matières premières pour produire le polyuréthane (PU).

Le PU dérivé d'huiles végétales est une alternative verte au PU traditionnel issu du pétrole, dont il conserve les propriétés désirables. Facilement disponible, peu coûteux et plus durable, le PU d'origine biologique suscite un grand intérêt dans l'industrie des revêtements. Les PU d'origine biologique peuvent être conçus pour intégrer d'autres technologies écoresponsables, notamment des propriétés à zéro solvant ou durcissables aux UV afin d'abaisser encore leur impact sur l'environnement.

Un article de recherche publié en 2022 a démontré que l'huile de ricin pouvait être utilisée comme matière première d'origine biologique pour créer un revêtement haute performance. En utilisant des liaisons d'urée dynamiques contraintes, les auteurs ont dérivé de l'huile de ricin un PU durcissable aux UV, hydrophobe, réparable, recyclable et éliminable. La couche contenait plus de 47 % de matériaux d'origine biologique et compte tenu de la nature dynamique des liaisons moléculaires, elle s'est également avérée réparable, soudable, recyclable et éliminable. Un échantillon a démontré une aptitude auto-réparable aux rayures de plus de 97 % et a pu être recyclé au moins quatre fois.

D'autres études récentes ont démontré l'utilisation de plusieurs matières premières renouvelables pour créer des revêtements, notamment :

• •  Algues
• •  Chanvre
• •  Bois
• •  Amidons
• •  Protéines

Faisant l'objet de recherches en évolution rapide, les polymères d'origine biologique offrent aux fabricants de revêtements une fascinante opportunité de développer des produits plus durables et d'évoluer vers un avenir plus vert.

Polymères recyclables

Les polymères d'origine biologique ne sont pas la seule option pour produire des plastiques renouvelables. L'utilisation d'un polymère recyclable est une autre voie pour parvenir à la durabilité en réduisant, voire en éliminant les déchets tout en bénéficiant de matières premières renouvelables au cours d'un seul et même processus. Les matériaux recyclés constituent une matière première renouvelable alternative en raison de leur circularité, de sorte que le processus de recyclage doit offrir un rendement élevé et être durable.

Pour y parvenir, on pourrait notamment mettre au point un revêtement conçu pour être recyclé par retrait et réutilisation. Dans le Centre de recherche de la NASA, à Langley, des chercheurs ont créé une technique de fabrication de microparticules en époxy enrobé de polymère, qui peuvent être reconverties en matières premières lorsqu'elles sont portées à haute température. Ce matériau a été conçu pour les applications d'impression en 3D à utiliser lors des missions spatiales de longue durée, au cours desquelles des matières premières renouvelables seraient indispensables. Mais il possède aussi de nombreuses applications terrestres.

En développant des matériaux et des revêtements dans un cycle circulaire renouvelable, les fabricants peuvent créer un cycle de vie des produits durable qui favorise la réutilisation de leurs revêtements. Alors que la chimie verte prend une importance croissante pour les consommateurs, la recherche sur les revêtements devrait se concentrer sur le caractère recyclable des innovations et sur la manière d'attirer un marché qui s'efforce de devenir écologique.

Dispersions polymériques à base d'eau

Lorsqu'il s'agit de développer un revêtement durable, les polymères ne représentent qu'un aspect du problème. Les revêtements traditionnels utilisent souvent des solvants nuisibles pour l'environnement et non renouvelables pour le dépôt et le durcissement. Les fabricants désireux de créer un produit durable doivent modifier ces systèmes et leur utilisation des polymères.

Les revêtements à base d'eau constituent une option écologiquement neutre et renouvelable qui est de plus en plus souvent utilisée pour les textiles, le papier et les peintures. Les monomères utilisés pour créer un revêtement à base d'eau - une dispersion polymérique à base d'eau - varient, mais ils représentent une solution efficace pour de nombreux polymères d'origine biologique. Cela permet aux fabricants de combiner deux matières premières renouvelables dans un même produit et de franchir un pas supplémentaire vers la durabilité.

Surfactants et émulsifiants

D'autres ingrédients présents dans les formules des revêtements, tels que les surfactants et les émulsifiants, peuvent aussi être dérivés de matières premières renouvelables. L'amidon et le soja peuvent servir de sources de surfactant efficaces et sans savon et ont permis d'émulsifier avec succès des formules de revêtement. L'amidon est une option économique hautement disponible et dont l'impact écologique est minime, ce qui explique l'intérêt que lui portent les développeurs. Il peut aussi être greffé directement sur des polymères pour créer une polymérisation en émulsion sans surfactant.

Lorsque des surfactants insuffisants sont utilisés seuls, des nanocristaux de cellulose (NCC) sont des particules amphiphiles qui peuvent servir de stabilisateurs pour les émulsions. Extraits de sources renouvelables de cellulose comme la pulpe de bois et le coton, les NCC offrent une autre voie pour permettre aux développeurs de créer des émulsions stables avec des matériaux écoresponsables.

Création de revêtements durables

Pour concevoir et fabriquer des revêtements durables à partir de matières premières renouvelables, les chercheurs doivent tenir compte des sources, des sous-produits et du traitement des déchets à chaque étape de leurs formulations. Une évaluation soigneuse de la durabilité des polymères, des solvants, des surfactants et des émulsifiants est nécessaire pour produire des revêtements écologiques. En adoptant de nouveaux matériaux, les fabricants peuvent créer de nouvelles couches intéressantes qui séduiront les consommateurs écoresponsables et contribueront à la chimie verte de demain. Découvrez comment les biopolymères réduisent l'empreinte carbone de l'industrie manufacturière et lisez un Rapport Insight encore plus détaillé sur le paysage des biopolymères émergents.