FR3117118A1 - Procédé de préparation de polymères élastomères biosourcés - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un polymère élastomère biosourcé comprenant : - une première étape de préparation d’une solution mère à partir d’un composé phosphoprotéique et d’un polysaccharide, mis en mélange à une température inférieure à 50 °C, de préférence comprise entre 10 et 40° C, et en phase aqueuse, l’ensemble étant porté à un pH basique, puis - une deuxième étape dans laquelle audit ensemble formant ladite solution mère est ajouté un élastomère.
Description
La présente invention se rapporte à l’élaboration de polymères ayant des propriétés élastomères et biosourcés, dits aussi bioélastomères.
Le terme « biopolymères » peut être aussi utilisé pour désigner des polymères biosourcés, c’est-à-dire issus de matières dont au moins une partie est d’origine naturelle.
L’invention vise plus particulièrement un procédé de fabrication de bioélastomères, résistants à la chaleur et à l’eau, et pouvant être utilisés à température ambiante, et plus particulièrement pour des applications concernant principalement des traitements ou revêtements de surface ou l’agglomération de particules minérales ou/et organiques.
L’invention a pour but de répondre au besoin de disposer de produits obtenus à partir de composés biosourcés, et facilement biodégradables. Il existe en outre un besoin de proposer des procédés de fabrication écologiques.
A cet effet, l’invention propose un procédé de fabrication de polymères élastomères biosourcés comprenant une première étape de préparation d’une solution mère à partir d’un composé phosphoprotéique et d’un polysaccharide, mis en mélange à une température inférieure à 50°C, de préférence comprise entre 10 et 40 °C, et en phase aqueuse, l’ensemble étant porté à un pH basique.
Ledit procédé comprend en outre une deuxième étape dans laquelle audit ensemble formant ladite solution mère, est ajouté un élastomère.
De préférence dans le procédé selon l’invention, ladite température est comprise entre 20 et 40 °C, de préférence encore entre 25 et 35 °C, et en particulier elle est d’environ 30°C.
De préférence à ladite première étape, ledit ensemble est porté à un pH basique supérieur à 8, par ajout d’un réactif basique, en particulier en solution aqueuse. De préférence ledit réactif basique est choisi parmi les réactifs alcalanisants azotés, en particulier choisis parmi l’ammoniac, l’urée et leurs mélanges. En particulier l’urée est en solution aqueuse à une concentration comprise entre 30 et 40 % massique d’urée.
De préférence ledit composé phosphoprotéique est une caséine.
La caséine est une phosphoprotéine à caractère acide naturel. On la trouve en abondance et elle est généralement issue du lait, bien que l’on attribue également le nom de caséine végétale à un composé azoté obtenu à partir des tourteaux après extraction de l’huile. On trouve dans le lait plusieurs types de caséines qui ont un caractère acide prononcé en raison d’un excès de groupes carboxyliques par rapport aux groupes aminés libres et de la présence dans la molécule de radicaux acides forts comme l’acide phosphorique. Elle contient également du calcium (dans le lait, la caséine est dispersée sous forme de caséinate de calcium et de complexes stables avec le phosphate de calcium). La caséine est insoluble en solution aqueuse acide et soluble en solution aqueuse basique. Par hydrolyse d’une caséine, on observe des teneurs élevées en acide glutamique, proline, leucine, lysine, sérine et thréonine. Les caséines sont très pauvres en cystéine ce qui empêche la formation de ponts disulfure.
L’utilisation de la caséine dans l’élaboration de matériaux est déjà connue. On peut citer sans être exhaustifs l’usage de caséine pure ou associée à de la chaux dans les peintures, la fabrication de colles et d’adhésifs, d’émulsifiants, d’hydrolysats protéiques, de matières plastiques (galalithe, agropolymères thermodurcissables de type polyester imine (voir par exemple la demande de brevet européen EP2593498).
On ne trouve toutefois aucune trace dans la littérature de son utilisation dans l’élaboration, à température ambiante ou peu élevée, de bioélastomères.
De préférence selon l’invention, ledit polysaccharide est un amidon.
L’amidon est un polysaccharide naturel, issu du règne végétal composé de deux homopolymères: l’amylose et l’amylopectine, de formule chimique générale (C6H10O5)n qui diffèrent par leur degré de ramification et de polymérisation. L’amidon est insoluble dans les solvants aqueux dans les conditions normales de température et de pression. L’amylose, légèrement ramifiée avec de courtes branches, est formée d’environ 600 à 1000 molécules de glucose. L’amylopectine est une molécule plus ramifiée avec de longues branches et contient entre 10 000 et 100 000 unités glucose. Le grain d’amidon est semi-cristallin. L’amylopectine est formée de feuillets et constitue la zone cristalline. L’amylose est amorphe et se trouve entre les différents feuillets. Les proportions d’amylose et d’amylopectine varient avec l’origine de l’amidon mais se situent respectivement de 14 à 30% et de 70 à 80% pour les espèces les plus courantes (maïs, pomme de terre, riz…).
L’amidon est insoluble dans l’eau à température ambiante et forme une suspension instable : le lait d’amidon.
De préférence ledit élastomère ajouté à la deuxième étape comprend un polyisoprène, en particulier du cis-1,4-polyisoprène. De préférence ledit élastomère est prévulcanisé. De préférence encore, ledit élastomère est un latex naturel, comprenant du cis-1,4-polyisoprène, et de préférence il est prévulcanisé.
Le latex naturel est un produit issu de l’hévéa. Le latex naturel est composé majoritairement par le cis-1,4-polyisoprène. Lors de la récolte il est additionné d’ammoniaque ou de potasse pour faciliter sa conservation (environ 0,6%). On obtient ainsi une solution aqueuse de pH voisin de 10,5 sensible aux températures négatives et à la chaleur. Les latex commerciaux contiennent en général de l’ordre de 60% de matières solides.
Les latex peuvent être prévulcanisés à des degrés divers grâce à un excès de soufre ou d’autres ingrédients comme l’oxyde de zinc ou des accélérateurs de type dithiocarbamate sous l’effet d’un traitement thermique à température inférieure à 100°C. La température et la durée du traitement ainsi que la nature et la proportion des ajouts ont un impact sur le degré de vulcanisation qui peut ainsi être modifié selon les besoins. La teneur en soufre combiné est en général de l’ordre de 1%.
De préférence dans le procédé selon l’invention, à ladite deuxième étape, on ajoute en outre un agent épaississant et/ou un agent plastifiant.
De préférence selon l’invention, l’épaississant est choisi parmi les alginates.
Les alginates, dérivés de l’acide alginique, sont extraits des algues brunes (laminaires ou fucus). Ils sont formés de deux monomères : le mannuronate ou acide mannuronique qui peuvent être acétylés et le guluronate ou acide guluronique. La composition chimique varie selon les espèces d’algues, les différentes parties de l’algue et les saisons. On connait cependant des procédés pour fabriquer des alginates aux caractéristiques constantes.
L’acide alginique permet de produire des fibres d’alginates de sodium ou de calcium qui forment avec l’eau des solutions colloïdales visqueuses. L’alginate de sodium est très soluble dans l’eau alors que la solubilisation de l’alginate de calcium nécessite un milieu basique.
Il est avantageux selon l’invention d’ajouter des plastifiants. destinés à obtenir une meilleure résistance à la flexion et à la traction ainsi qu’une bonne transparence. Par exemple dans le cas de l’amidon, la potentialité de former des films à base d’amidon est liée aux ponts Hydrogène situés entre les chaînes non ramifiées d’amylose, le plastifiant va améliorer ses caractéristiques mécaniques.
De préférence selon l’invention, l’agent plastifiant est un polyéthylène glycol (PEG), et plus particulièrement choisi parmi les PEG de masse molaire moyenne comprise entre 150 et 400 gmol-1.
Les PEG sont des polyéthers linéaires possédant des propriétés hydrosolubles et liposolubles. Suivant leur masse molaire, ils peuvent se présenter sous forme de liquide visqueux ou d’un solide cireux.
L’invention a aussi pour objet un biopolyamide élastomère obtenu par réaction entre une caséine et un amidon en présence d’un réactif basique choisi parmi les agents alcalanisants azotés, en particulier de l’urée ou l’ammoniaque (pour former un polyamide), puis d’un élastomère (qui réagit avec le polyamide par télomérisation). De préférence l’élastomère est un latex naturel comprenant du cis-1,4-polyisoprène et est prévulcanisé.
En particulier ledit biopolyamide élastomère est obtenable selon le procédé décrit précédemment.
Plus particulièrement, l’invention propose un procédé de fabrication de polyamides de type élastomère biosourcés, comprenant une première étape dans laquelle on prépare une solution mère comprenant un polyamide à partir d’un mélange de caséine et d’amidon auquel on ajoute de l’eau ayant une température comprise entre 20 et 35 °C, l’ensemble étant ensuite porté à un pH basique à l’aide d’un réactif basique.
En particulier ledit pH basique est compris entre 8 et 12.
De préférence dans ladite première étape, l’eau est portée à environ 30°C.
De préférence selon l’invention, ledit réactif basique est une solution aqueuse d’un réactif basique choisi de préférence parmi l’urée et l’ammoniac. En particulier ladite solution est une solution aqueuse comprenant entre 30 et 40 % massique d’urée.
En présence d’ammoniaque (pH~9,3), la caséine réagit suivant une réaction d’amidation, selon le schéma réactionnel suivant :
où A représente le reste de la chaîne de la caséine,
puis la réaction se poursuit entre le composé amide formé et l’amidon noté HO-CH2– X (X représentant le reste de la chaine du polysaccharide) selon le schéma réactionnel suivant pour former un polyamide :
Lorsqu’on utilise de l’urée (pH>8), la caséine réagit suivant une réaction d’amidation, selon le schéma réactionnel suivant :
R représentant le reste de la chaîne de la caséine,
puis la réaction se poursuit entre le composé amide formé et l’amidon noté HO-CH2– X (X représentant le reste de la chaine du polysaccharide) selon le schéma réactionnel suivant pour former un polyamide :
La solution mère comprenant le polyamide étant élaborée, dans le procédé selon l’invention, on poursuit par une deuxième étape dans laquelle on ajoute un épaississant, en particulier un alginate, puis un latex naturel (comprenant du cis-1,4-polyisoprène) destiné à apporter le caractère élastomère, et/ou un plastifiant, en particulier un polyéthylène glycol. En présence de latex, le biopolyamide de type élastomère final est élaboré par télomérisation, c’est-à-dire par allongement de la chaîne carbonée par réaction entre le polysaccharide et l’isoprène.
Le biopolyamide élastomère ainsi obtenu en milieu liquide (aqueux) est alors prêt à l’emploi.
Il faut noter qu’il est indispensable de ne pas chauffer lors de la préparation. En effet, le lait d’amidon lorsqu’il est chauffé à 60-70°C, devient visqueux, translucide et forme un empois (gélatinisation) en raison de l’absorption d’eau par la partie amorphe qui entraîne un gonflement des granules d’amidon, ce qui pose des problèmes réactionnels.
Selon un autre aspect, l’invention a pour objet des compositions comprenant lesdits bioélastomères pour des applications concernant des revêtements de surface ou l’agglomération de particules minérales et/ou organiques. En particulier, dans ce dernier cas, la mise en forme de la composition se fait par moulage, par coulage et/ou compactage. Lesdites compositions peuvent comprendre en outre des colorants.
Selon un aspect particulier de l’invention, l’invention a pour objet l’utilisation d’un polymère élastomère biosourcé tel qu’obtenu par le procédé décrit plus haut, ou d’un biopolyamide élastomère décrit précédemment, comme liant dans une composition comprenant des charges.
En particulier l’invention a pour objet l’utilisation d’un polymère élastomère biosourcé obtenu selon le procédé décrit plus haut ou d’un biopolyamide élastomère décrit précédemment, comme liant dans une composition comprenant ledit biopolymère élastomère en milieu liquide tel qu’obtenu prêt à l’emploi par le procédé décrit, incorporé en mélange à des charges (de natures différentes, organiques, minérales, etc ) par malaxage ou par saupoudrage.
Selon un autre aspect, l’invention a pour objet l’utilisation d’un polymère élastomère biosourcé en milieu liquide, tel qu’obtenu prêt à l’emploi selon le procédé décrit plus haut, ou d’un biopolyamide élastomère décrit précédemment, comme revêtement de surface ou dans une composition de traitement de surface, en particulier dans le revêtement de surface de supports fibreux, par exemple de type papier ou carton ou de type textile. Dans un mode particulier de l’invention, lesdites compositions sont appliquées à température ambiante (entre environ 10 et 40 °C), en particulier en couche fine, par pulvérisation ou manuellement par un moyen d’application tel que pinceau, rouleau, sur un support.
L’invention sera mieux comprise à l’aide des exemples non limitatifs suivants de préparation de bioélastomères selon l’invention et de leurs caractéristiques physiques, ainsi que d’exemples non limitatifs de leur utilisation.
Exemple 1 selon l’invention :
Dans une première étape, on prépare une solution comme suit. A un mélange de 2,56g de caséine et de 1,1g d’amidon de pomme de terre, on ajoute 32,90g d’eau préalablement tiédie à une température de l’ordre de 30°C. Après mélange, on ajoute 2,56 g d’une solution aqueuse d’urée 5M (comprenant environ 30,66% massique d’urée) et on mélange à nouveau. La solution mère est prête. On obtient une solution d’un polyamide selon le schéma réactionnel avec l’urée décrit plus haut.
Dans une première étape, on prépare une solution comme suit. A un mélange de 2,56g de caséine et de 1,1g d’amidon de pomme de terre, on ajoute 32,90g d’eau préalablement tiédie à une température de l’ordre de 30°C. Après mélange, on ajoute 2,56 g d’une solution aqueuse d’urée 5M (comprenant environ 30,66% massique d’urée) et on mélange à nouveau. La solution mère est prête. On obtient une solution d’un polyamide selon le schéma réactionnel avec l’urée décrit plus haut.
Dans une étape suivante à la solution mère obtenue, on ajoute 1,368g d’alginate comme épaississant. On mélange bien puis on ajoute 58,66g de latex naturel prévulcanisé. Après homogénéisation de l’ensemble, on ajoute 0,86 g de PEG200 (polyéthylème glycol de masse molaire moyenne de 200 gmol-1) et on mélange l’ensemble.
On obtient un biopolyamide élastomère en milieu liquide (aqueux) prêt à l’emploi pour une utilisation particulière.
Exemple 2 selon l’invention:
On prépare un biopolyamide élastomère en milieu liquide (aqueux) prêt à l’emploi selon le mode opératoire et les proportions décrits à l’exemple 1 mais à la place du latex naturel prévulcanisé, on utilise du latex naturel n’ayant pas subi de traitement de prévulcanisation.
On prépare un biopolyamide élastomère en milieu liquide (aqueux) prêt à l’emploi selon le mode opératoire et les proportions décrits à l’exemple 1 mais à la place du latex naturel prévulcanisé, on utilise du latex naturel n’ayant pas subi de traitement de prévulcanisation.
Tests de traction :
On réalise des tests de traction pour les deux exemples 1 et 2. Des éprouvettes de traction ont été réalisées par coulage des bioélastomères en milieu liquide, obtenus respectivement aux exemples 1 et 2, dans des moules en silicone. Après séchage à l’air libre vers 20°C , les éprouvettes obtenues ont été testées en traction, à l’âge de 10 jours, à 20 mm/mn à l’aide d’une presse Shimadzu Autograph AG 10KNX équipée d’une cellule 10kN.
On réalise des tests de traction pour les deux exemples 1 et 2. Des éprouvettes de traction ont été réalisées par coulage des bioélastomères en milieu liquide, obtenus respectivement aux exemples 1 et 2, dans des moules en silicone. Après séchage à l’air libre vers 20°C , les éprouvettes obtenues ont été testées en traction, à l’âge de 10 jours, à 20 mm/mn à l’aide d’une presse Shimadzu Autograph AG 10KNX équipée d’une cellule 10kN.
Les éprouvettes ont une longueur 100 mm, une largeur de 8 mm, et par ailleurs une épaisseur de 1,30 mm pour les éprouvettes issues de la formulation selon l’exemple 1, et de 1,02 mm pour les éprouvettes issues de la formulation selon l’exemple 2.
Les résultats obtenus pour les exemples 1 et 2 sont regroupés dans le tableau 1 suivant.
| Contrainte Max (MPa) |
Module d’élasticité (MPa) |
Allongement (%) |
|
| Exemple 1 | 1,84 | 2,39 | 359 |
| Exemple 2 | 0,10 | 0,47 | 360 |
En outre les courbes contrainte-déformation, éditées usuellement par les appareils avec le vocable anglais « stress-strain », sont représentées sur les figures suivantes.
Les éprouvettes issues des deux formulations selon les exemples 1 et 2 ont des allongements sensiblement équivalents, il n’y a pas de rupture et on arrive en butée sur l’appareil. Toutefois, les valeurs des contraintes et des modules d’élasticité sont nettement plus faibles dans le cas où le latex n’a pas subi de traitement de prévulcanisation (exemple 2).
Biodégradabilité :
Des essais de biodégradabilité facile basés sur l’essai de disparition du carbone organique dissous (COD) suivant la ligne directrice OCDE301A de juillet 1992 ont été effectués pour le bioélastomère obtenu selon l’exemple 1 (avec latex prévulcanisé) .
Des essais de biodégradabilité facile basés sur l’essai de disparition du carbone organique dissous (COD) suivant la ligne directrice OCDE301A de juillet 1992 ont été effectués pour le bioélastomère obtenu selon l’exemple 1 (avec latex prévulcanisé) .
Les bioélastomères sont considérés comme facilement biodégradables, le seuil de COD de 10% étant atteint dans l’intervalle de 10 jours. Les bioélastomères sont biodégradables à 99% après 28 jours de test.
Exemples 3 à 5 :effet de la température
Des éprouvettes ont été réalisées à partir d’un biopolymère élastomère obtenu prêt à l’emploi selon le mode opératoire et les proportions décrits à l’exemple 1 mais en utilisant une solution aqueuse d’urée comprenant 32,5% massique d’urée (connue sous le nom commercial ADBlue).
Des éprouvettes ont été réalisées à partir d’un biopolymère élastomère obtenu prêt à l’emploi selon le mode opératoire et les proportions décrits à l’exemple 1 mais en utilisant une solution aqueuse d’urée comprenant 32,5% massique d’urée (connue sous le nom commercial ADBlue).
Après démoulage, cinq éprouvettes ont été conservées à température ambiante pendant 7 jours (exemple 3) et cinq autres éprouvettes ont été placées à l’étuve à 80°C pendant le même temps (exemple 4).
Un autre essai a été réalisé avec des éprouvettes maintenues à une température de -20°C pendant 12 jours (exemple 5).
On réalise des tests de traction comme décrits aux exemples 1 et 2, après retour à température ambiante des éprouvettes.
Les résultats sont regroupés dans le tableau 2 suivant.
| Contrainte Max (MPa) |
Module d’élasticité (MPa) |
Allongement (%) |
|
| Exemple 3 | 1,71 | 2,37 | 360 |
| Exemple 4 | 2,43 | 7,73 | 360 |
| Exemple 5 | 1,81 | 1,93 | 360 |
Dans tous les cas on arrive en butée sans qu’il y ait rupture. Le maintien à 80°C améliore la résistance à la traction et le module d’élasticité, tout en préservant une déformation suffisante. Le maintien à -20°C n’altère pas les propriétés mécaniques.
Exemples 6 à 8 illustrant une utilisation d’un bioélastomère selon l’invention en tant que liant :
Le bioélastomère élaboré selon l’invention peut être utilisé comme liant de particules minérales ou organiques.
Le bioélastomère élaboré selon l’invention peut être utilisé comme liant de particules minérales ou organiques.
Exemple 6 :
Cet exemple 6 illustre une utilisation du bioélastomère en tant que liant dans les bétons lignocellulosiques.
Cet exemple 6 illustre une utilisation du bioélastomère en tant que liant dans les bétons lignocellulosiques.
Des fines minérales de nature siliceuse, de limite granulaire supérieure 80µm, ont été mélangées à des matières fibreuses végétales et tout particulièrement à des particules de miscanthus. L’analyse par microscopie électronique à balayage a montré des particules végétales de forme allongée pouvant atteindre 10mm de longueur, de faible largeur et épaisseur, présentant une structure poreuse. La masse volumique réelle de ces particules est de l’ordre de 280kg/m3et leur taux d’absorption massique d’eau est voisin de 320%.
Les fines minérales et le miscanthus sont d’abord malaxés à sec dans un malaxeur à mortier normalisé, à vitesse lente. Le bioélastomère prêt à l’emploi, obtenu à l’exemple 1, utilisé comme liant, est ensuite versé progressivement et le malaxage est prolongé jusqu’à l’obtention d’une pâte épaisse qui est ensuite disposée dans des moules appropriés aux mesures réalisées, puis compactée. Après arasage, les moules ainsi remplis sont placés en étuve à la température de 50°C pendant une durée de 24h au bout de laquelle les éprouvettes sont démoulées et remises à l’étuve à 50°C jusqu’à masse constante.
Les éprouvettes sont testées à un âge de 5 jours après retour à température ambiante.
Les essais mécaniques ont été réalisés à l’aide d’une machine AGX-10kN Shimadzu équipée du logiciel Trapezium X (pilotage et exploitation) avec une vitesse de 20mm/mn. On constate que le matériau a un comportement viscoélastique.
Les caractéristiques physicothermiques ont été déterminées par la méthode TPS (Hot Disk Thermal TPS 2500). Les essais thermiques ont été réalisés à température ambiante ( 25°C ) sur des éprouvettes de dimensions 10cm x 10cm x 2,5cm, préalablement séchées.
Les résultats sont regroupés dans le tableau 3 suivant.
| Masse volumique (Kg/m3) | Résistance à la compression (MPa) |
Conductivité thermique (W/m.K) |
|
| Exemple 6 | 800 | 4,50 |
0,20 |
On constate qu’à 5 jours, on obtient des performances mécaniques et thermiques proches de celles des bétons légers à liant cimentaire à 28 jours tout en bénéficiant de propriétés viscoélastiques.
Exemple 7 :
Cet exemple 7 illustre une utilisation du bioélastomère selon l’invention en tant que liant élastomère dans des composites à charges organiques.
Cet exemple 7 illustre une utilisation du bioélastomère selon l’invention en tant que liant élastomère dans des composites à charges organiques.
Le bioélastomère élaboré à partir de latex prévulcanisé et prêt à l’emploi selon l’exemple 1 a été mélangé à des particules de caoutchouc EPDM issues du broyage de pneus usagés sous forme de poudre fine ( taille des particules d’’environ 1mm) dans des proportions massiques liant/poudre fine de 10/90. On obtient des solides viscoélastiques dont la masse volumique est reportée dans le tableau 4 suivant.
Les caractéristiques mécaniques en compression ont été déterminées, à température ambiante (à 25°C), sur des éprouvettes cubiques de dimensions 4cmx4cmx4cm préalablement séchées à l’air libre.
Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau 4 suivant .
| Type latex | Masse volumique (g/cm3) | Contrainte (MPa) |
Déformation (%) |
Module élastique (MPa) |
| Prévulcanisé |
0,53 |
5,00 |
67,16 |
0,71 |
On obtient des matériaux viscoélastiques de faible masse volumique, présentant une grande déformabilité et supportant des contraintes relativement élevées qui témoignent d’une bonne adhérence entre les constituants.
Exemple 8 :
Cet exemple 8 illustre une utilisation d’un bioélastomère selon l’invention, en tant que liant dans des composites à charges minérales.
Cet exemple 8 illustre une utilisation d’un bioélastomère selon l’invention, en tant que liant dans des composites à charges minérales.
La fraction minérale utilisée est un sable de mâchefer 0/4 mélangé au liant bioélastomère élaboré prêt à l’emploi selon l’exemple 1 dans de proportions massiques liant/mâchefer de 20/80. Après malaxage du mélange, des éprouvettes ont été réalisées par moulage. Des éprouvettes ont des dimensions de 40mmx40mmx40mmm (tests de compression) ou de 40mmx40mmx160mm (test de flexion), et une masse volumique 1230 kg/m3. Elles ont été testées respectivement en compression simple et en flexion 3 points.
Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 5 suivant .
| Contrainte Max (MPa) |
Module d’élasticité (MPa) |
Déformation à la rupture | |
| Compression simple | 5,00 | 19,50 | 37,11 % |
| Flexion 3 points | 1,21 | 5,77 | 16,97mm |
On constate que les résultats obtenus laissent envisager des applications dans le domaine de la construction.
Exemples 9 à 10 illustrant une utilisation d ’un bioélastomère selon l’invention dans un traitement de surface :
Exemple 9 :
Cet exemple 9 illustre une utilisation du bioélastomère selon l’invention dans le traitement d’un textile.
Exemple 9 :
Cet exemple 9 illustre une utilisation du bioélastomère selon l’invention dans le traitement d’un textile.
Des supports textiles de nature, de structure et de grammages différents ont été enduits à température ambiante sur les deux faces par le bioélastomère élaboré prêt à l’emploi selon l’exemple 1, à l’aide d’un pistolet à gel-coat (enduit gélifié) Pro-tek 2600. Des tests de traction ont été réalisés sur les différents supports non enduits (vierges) ou enduits à l’aide d’éprouvettes de dimensions 10mmx100mm, de forme haltère, avec une machine AGX-10kN Shimatzu équipée du logiciel Trapezium.
Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 6 suivant .
| Tissu | Grammage g/m2 |
Masse du dépôt (g) | Contrainte Max (MPa) |
Déformation (%) |
Déformation à la rupture (%) |
Module élastique (MPa) |
||||
|
|
|
|
Vierge |
Enduit |
Vierge |
Enduit |
Vierge |
Enduit |
Vierge |
Enduit |
| Lin |
300 |
169,7 |
8,84 |
32,6 |
32,29 |
16,7 |
37,22 |
29,57 |
71,21 |
37,54 |
| Lin |
150 |
95,83 |
18,51 |
22,37 |
12,62 |
17,14 |
20,54 |
24,65 |
37,9 |
34,46 |
| Mat de lin | 450 | 406,6 |
0,30 | 1,04 | 27,88 | 36,32 | 36,21 | 46,81 |
2,56 |
15,4 |
Dans l’ensemble, l’enduction du support par le bioélastomère améliore les contraintes et les déformations et diminue la rigidité.
Exemple 10 :
Cet exemple 10 illustre une utilisation d’un bioélastomère selon l’invention dans le traitement d’un support carton.
Cet exemple 10 illustre une utilisation d’un bioélastomère selon l’invention dans le traitement d’un support carton.
Un support carton de grammage 200g/m² a été enduit à température ambiante (25°C) sur les deux faces par le bioélastomère élaboré prêt à l’emploi selon l’exemple 1, à l’aide d’un pistolet à gel-coat (enduit gélifié) Pro-tek 2600. La masse totale surfacique du dépôt de bioélastomère, en sec , est égale à 101,6 g/m².
Des tests comparatifs de traction ont été réalisés sur le support carton non enduit (vierge) et le support carton enduit, à l’aide d’éprouvettes de dimensions 10mmx100mm avec une machine AGX-10kN Shimadzu équipée du logiciel Trapezium.
Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 7 suivant .
| Contrainte Max (MPa) |
Déformation (%) |
Déformation à la rupture (%) |
Module élastique (MPa) |
||||
| Vierge 16,13 |
Enduit 19,4 |
Vierge 5,04 |
Enduit 2,52 |
Vierge 5,04 |
Enduit 2,52 |
Vierge 1764,32 |
Enduit 2071,56 |
L’enduction améliore la contrainte ainsi que le module élastique et diminue la déformation. En outre, à l’amélioration des propriétés mécaniques s’ajoute un meilleur comportement à l’humidité lié au caractère hydrophobe du revêtement utilisé.
Les essais mécaniques en flexion et en traction ont été réalisés suivant le mode opératoire de la norme NF EN196-1 de septembre 2016 : Méthodes d'essais de ciments ( Partie 1 : détermination des résistances).
Le procédé d’obtention du bioélastomère selon l’invention présente les avantages de pouvoir être réalisé en milieu aqueux, d’avoir à chauffer peu le milieu réactionnel, et d’utiliser des composés d’origine naturelle. Le procédé selon l’invention est donc écologique et économique, et bien adapté à une fabrication d’un bioélastomère en milieu industriel en fournissant un bioélastomère prêt à l’emploi pour ses utilisations. Le bioélastomère présente aussi l’avantage de pouvoir être utilisé comme liant ou être appliqué notamment par pulvérisation directement comme revêtement de surface sur un support solide. Le bioélastomère selon l’invention a des propriétés thermomécaniques remarquables.
Le procédé et le bioélastomère selon l’invention répondent ainsi aux objectifs de l’invention.
Claims (15)
- Procédé de fabrication d’un polymère élastomère biosourcé comprenant :
- une première étape de préparation d’une solution mère à partir d’un composé phosphoprotéique et d’un polysaccharide, mis en mélange à une température inférieure à 50 °C, de préférence comprise entre 10 et 40° C, et en phase aqueuse, l’ensemble étant porté à un pH basique, puis
- une deuxième étape dans laquelle audit ensemble formant ladite solution mère est ajouté un élastomère.
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit composé phosphoprotéique est une caséine.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ledit polysaccharide est un amidon.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel à la première étape, ledit ensemble est porté à un pH basique supérieur 8, de préférence par ajout d’un réactif basique, en particulier en solution aqueuse, ledit réactif étant choisi de préférence parmi les réactifs alcalanisants azotés.
- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit réactif alcalanisant azoté est choisi parmi l’ammoniac, l’urée et leurs mélanges, et en particulier en solution aqueuse.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit élastomère ajouté à la deuxième étape comprend un polyisoprène, en particulier du cis-1,4-polyisoprène, et de préférence ledit élastomère est prévulcanisé.
- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit élastomère est un latex naturel comprenant du cis-1,4-polyisoprène, et de préférence il est prévulcanisé.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la température est comprise entre 20 et 40 °C, de préférence entre 25 et 35 °C, en particulier de l’ordre de 30°C.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel à ladite deuxième étape on ajoute un agent épaississant et/ou un agent plastifiant.
- Procédé selon la revendication 9, dans lequel ledit épaississant est un alginate.
- Procédé selon l’une des revendications 9 à 10, dans lequel ledit plastifiant est un polyéthylène glycol, et de préférence choisi parmi ceux ayant une masse molaire moyenne comprise entre 150 et 400 gmol-1.
- Biopolyamide élastomère obtenu par réaction entre une caséine et un amidon en présence d’un réactif basique choisi parmi les réactifs alcalanisants azotés, en particulier de l’urée ou l’ammoniaque, puis avec un élastomère, en particulier un latex naturel.
- Biopolyamide élastomère selon la revendication 12, obtenable selon le procédé défini aux revendications 1 à 5 et selon l’une des revendications 6 à 11.
- Utilisation d’un polymère élastomère biosourcé obtenu selon l’une des revendications 1 à 11 ou d’un biopolyamide élastomère défini à l’une des revendications 12 à 13, comme liant dans une composition comprenant des charges.
- Utilisation d’un polymère élastomère biosourcé obtenu selon l’une des revendications 1 à 11 ou d’un biopolyamide élastomère défini à l’une des revendications 12 à 13, comme revêtement de surface ou dans une composition de traitement de surface, en particulier par application sur un support.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2012870A FR3117118B1 (fr) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Procédé de préparation de polymères élastomères biosourcés |
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|---|---|---|---|
| FR2012870 | 2020-12-08 | ||
| FR2012870A FR3117118B1 (fr) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Procédé de préparation de polymères élastomères biosourcés |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3117118A1 true FR3117118A1 (fr) | 2022-06-10 |
| FR3117118B1 FR3117118B1 (fr) | 2022-11-25 |
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|---|---|---|---|
| FR2012870A Active FR3117118B1 (fr) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Procédé de préparation de polymères élastomères biosourcés |
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3117118B1 (fr) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130079441A1 (en) * | 2011-09-23 | 2013-03-28 | Korea University Of Technology And Education Industry-University Cooperation Foundation | Starch/rubber latex compound and method for manufacturing same using coupling reagent |
| EP2593498A1 (fr) | 2010-07-13 | 2013-05-22 | Université de Picardie Jules Verne | Procédé pour l'élaboration d'un polymère thermodurcissable et un tel polymère thermodurcissable |
-
2020
- 2020-12-08 FR FR2012870A patent/FR3117118B1/fr active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2593498A1 (fr) | 2010-07-13 | 2013-05-22 | Université de Picardie Jules Verne | Procédé pour l'élaboration d'un polymère thermodurcissable et un tel polymère thermodurcissable |
| US20130079441A1 (en) * | 2011-09-23 | 2013-03-28 | Korea University Of Technology And Education Industry-University Cooperation Foundation | Starch/rubber latex compound and method for manufacturing same using coupling reagent |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| FERNÁNDEZ-GUTIÉRREZ JAIME ANTONIO ET AL: "Physicochemical Properties of Casein-Starch Interaction Obtained by Extrusion Process", STARCH/STARKE, vol. 56, no. 5, 1 May 2004 (2004-05-01), DE, pages 190 - 198, XP055830944, ISSN: 0038-9056, DOI: 10.1002/star.200300211 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3117118B1 (fr) | 2022-11-25 |
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