Une nouvelle résine époxy allie ignifugation et recyclabilité

Combinées à des fibres de verre ou de carbone, les résines époxy sont par exemple utilisées pour fabriquer des composants d'avions, de voitures, de trains, de bateaux et d'éoliennes. De telles matières plastiques renforcées par des fibres à base d'époxy ont d'excellentes propriétés mécaniques et thermiques et sont beaucoup plus légères que le métal. Outre ces nombreux avantages, ils présentent un inconvénient majeur : ils ne sont pas recyclables - du moins pas encore.

Limites de la recyclabilité 

Des chercheurs de l'Empa dirigés par Sabyasachi Gaan sont parvenus à développer un plastique à base de résine époxy. Celle-ci doit être entièrement recyclable, réparable et en outre difficilement inflammable, comme l'indique un article publié dans la revue Journal du génie chimique dans l'article publié par l'association. Mieux encore : les propriétés thermomécaniques favorables des résines époxy sont également toujours garanties.

Pourquoi est-il si difficile de recycler les résines époxy ? Les résines époxy sont ce que l'on appelle des duromères. Ce type de plastique est composé de chaînes de polymères étroitement liées entre elles. Ces liaisons chimiques rendent la fusion impossible. Une fois que le plastique a durci, il ne peut plus être déformé. Ces duromères s'opposent aux thermoplastiques comme le PET ou les polyoléfines. Leurs chaînes de polymères sont proches les unes des autres, mais ne sont pas liées entre elles. Sous l'effet de la chaleur, ces matières plastiques peuvent être fondues et transformées en de nouvelles formes. Seulement, en raison de l'absence de réticulation, leurs propriétés mécaniques à des températures élevées ne sont généralement pas aussi avantageuses que celles des duromères.

La nouvelle matière plastique développée par les chercheurs de l'Empa est en fait un duromère. Mais ce qui est nouveau, c'est sa propriété de fusibilité. Celle-ci provient d'une molécule fonctionnelle particulière de la classe des esters d'acide phosphonique. Celle-ci a été introduite dans la matrice de la résine époxy. "Nous avons synthétisé cette molécule à l'origine comme agent ignifuge", explique la scientifique de l'Empa Wenyu Wu Klingler, qui a participé à l'invention de cette technologie. Mais la liaison que la molécule établit avec les chaînes de polymères de la résine époxy est réversible, c'est-à-dire qu'elle peut être rompue dans certaines conditions. Cela relâche la réticulation des chaînes de polymères, ce qui permet de les faire fondre et de les déformer.

De tels matériaux, également appelés vitrimères, ne sont connus que depuis une dizaine d'années et sont considérés comme particulièrement prometteurs. "Aujourd'hui, les plastiques renforcés par des fibres ne sont pratiquement pas recyclables, sauf dans des conditions extrêmes qui endommagent les fibres", explique Wu Klingler. "Une fois qu'ils ont fait leur temps, ils sont incinérés ou éliminés dans des décharges. Avec notre plastique, il serait pour la première fois possible de les réintroduire dans le cycle des matériaux". Leur vision pour l'avenir, ajoute le chef de groupe Sabyasachi Gaan, est "un matériau composite dans lequel les fibres et la matrice plastique peuvent être complètement séparées et réutilisées". Le chercheur voit par exemple un avantage particulier dans les plastiques renforcés de fibres de carbone, tels qu'ils sont utilisés dans la construction d'avions, de trains, de bateaux, de voitures, de vélos et bien plus encore. "La production de fibres de carbone nécessite beaucoup d'énergie et libère énormément de CO2", explique-t-il. "Si nous pouvions les recycler, leur empreinte écologique serait bien meilleure - et leur prix bien plus bas". De plus, cela permettrait de récupérer des additifs précieux comme le phosphore dans la matrice polymère.