La présente invention concerne des compositions adhésives biosourcées.

Plus particulièrement, la présente invention concerne des compositions adhésives, leurs procédés de fabrications et leurs applications, en particulier sous forme de panneau de particules de bois.

Etat de la technique

Parmi les compositions adhésives (ou colles) on connaît les colles aminoplastes, phénoplastes, et à émulsion (vinyliques, polyuréthane). Ces systèmes peuvent être séparés en deux catégories : colles à base de formaldéhyde (à prise chimique via réticulation), et colles à émulsion (à prise « physique » par évaporation de solvant). Ces produits sont majoritairement pétrosourcés et, dans le cas des colles à base de formaldéhyde, sont soumis au problème du relargage de COV à la synthèse des résines, à la fabrication des panneaux et lors de leur utilisation. Ces caractéristiques sont particulièrement pénalisantes dans le secteur des panneaux de bois car les résines constituent entre 5 et 30 % en masse du produit fini.

La première catégorie de colles aqueuses comprend les aminoplastes (résines urée/formol, mélamine/urée/formol, mélamine/formol), les colles phénoliques (phénol/formol) et résorcines (résorcinol/formol et résorcine/phénol/formol). Parmi elles, les colles aminoplastes sont les plus répandues à cause de leur coût limité et leur flexibilité de mise en oeuvre. Ce sont des systèmes réactifs à base aqueuse (classiquement contenant de 50 % à 70 % de matière sèche), précondensés. En particulier, les produits commerciaux sont des mélanges de prépolymères dont la taille, la structure et la concentration ont été ajustées pour répondre aux besoins de réactivité et de viscosité de l’adhésif. La polymérisation est généralement obtenue par activation thermique et/ou par ajout d’un catalyseur.

Les colles à émulsions, qui sont principalement vinyliques, sont quant à elles des colles thermoplastiques. Les colles vinyliques (dites « colles blanches » ou PVAc) sont obtenues par polymérisation d’acétate de vinyle et sont produites sous forme d’émulsions dans l’eau. Leur matière sèche varie entre 50 et 60 % et la viscosité est ajustée par ajout d’additifs. Ces colles sont souvent formulées avec des tensio-actifs pour stabiliser l’émulsion. Lors de l’application de la colle, l’eau est en partie absorbée par le bois et en partie évaporée. Ces deux phénomènes provoquent l’augmentation de viscosité puis finalement la prise de l’adhésif. Ces systèmes sont moins soumis au problème du relargage de COV que les colles à base de formol.

Les fabricants de produits à base de bois sont les plus grands utilisateurs d'adhésifs. Les colles à bois représentent plus de 65 % en volume des colles utilisées dans le monde. La consommation annuelle mondiale d'adhésifs de type urée/formol (UF) est d'environ 11 Mt de résine solide. En particulier ces résines sont utilisées dans la production d'adhésif pour le collage de panneaux de particules, de panneaux de fibres (« Medium Density Fiberboard » - MDF), de contreplaqué et d'adhésif de laminage pour le collage, p. ex. des meubles, des revêtements de panneaux et des portes intérieures affleurantes.

L'inconvénient majeur des colles aminoplastes vient de l’émission de formaldéhyde. Il est libéré lors de la production et de l'utilisation de produits collés agglomérés. La réglementation environnementale et la législation concernant les émissions de COV, en particulier le formaldéhyde, au sein de l'industrie des produits du bois sont d'importantes forces motrices des changements technologiques. Au cours des dernières décennies, les émissions dues aux panneaux ont été considérablement réduites. Cependant, le reclassement du formaldéhyde par le centre international de recherche et de lutte contre le cancer (CIRC) comme " cancérogène aux humains " oblige les fabricants de panneaux, les fournisseurs d'adhésifs et les chercheurs à mettre au point des systèmes qui réduisent davantage les émissions de formaldéhyde à des niveaux se rapprochant de celles naturelles du bois.

La réaction d’oxydation des polysaccharides est beaucoup mentionnée dans la littérature. Son usage est multiple. Les polysaccharides oxydés (ou polysaccharides dialdéhydes) sont à l’étude depuis les années 50. La plupart des travaux de l’époque concernent l’amidon (amidon dialdéhyde) qui a fait l’objet de nombreux brevets et articles scientifiques. L’utilisation de la cellulose dialdéhyde est plus récente car les premiers travaux datent des années 2000. L’utilisation de cellulose oxydée pour la conception de matériaux a été envisagée de multiples manières. Il est notamment possible de greffer des molécules organiques aux carbones C2 et C3 des unités sucres par réaction de bases de Schiff entre les fonctions aldéhydes et une amine. La finalité est d’apporter au polysaccharide oxydé les propriétés désirées pour son application, comme par exemple sa cationisation ou l’ajout de fonctions hydrophobes. Les comportements de l’amidon dialdéhyde et de la cellulose dialdéhyde en milieu aqueux sont complètement différents. En effet, l’amidon oxydé (partiellement ou totalement) est en suspension dans l’eau (état granulaire) et présente des comportements rhéologiques spécifiques. Quand la température augmente, les suspensions aqueuses d’amidon oxydé deviennent plus visqueuses, voire gélifient. Cette augmentation de viscosité s’atténue avec le temps. Il arrive également que les suspensions aqueuses d’amidon oxydé (suspensions d’amidon 100 % oxydé de matière sèche de 5 à 15 %m dans des gammes de pH de 3 à 7) gélifient dans le temps à température et pression ambiante. Il n’est a priori pas possible de reconcentrer à plus de 15 %m l’amidon oxydé à cause des phénomènes de gélification. Dans le cas de la cellulose, aucune information n’est disponible car l’obtention de solution de cellulose oxydée concentrée n’est pas décrite à ce jour.

Ainsi, les procédés antérieurs ne permettent pas l’obtention de polysaccharides oxydés aux concentrations désirées (matière sèche désirée) pour les applications et buts recherchés dans la présente invention.

Buts de l’invention

La présente invention a pour but de proposer une composition adhésive alternative aux colles pétrosourcées.

La présente invention a pour but de résoudre le problème technique consistant à fournir une composition adhésive ne relarguant pas de composés organiques volatiles (COV).

La présente invention a pour but principal de fournir une composition adhésive bio- sourcée et son procédé de fabrication.

La présente invention a également pour but de fournir une composition adhésive sous forme de solution ou dispersion, de préférence de solution ou dispersion aqueuse, ou de poudre.

En particulier, la présente invention a pour but principal de fournir une composition adhésive présentant en solution ou dispersion une haute teneur en matière sèche, de préférence à plus de 15 %m, en particulier pour limiter la proportion en eau dans la composition adhésive et ainsi éviter un possible gonflement du matériau à coller, en particulier lors d’un collage à chaud.

La présente invention a encore pour but de fournir une composition adhésive permettant de coller des éléments issus de bois.

La présente invention a encore pour but de fournir un procédé de préparation d’une composition adhésive à partir d’étapes simples et à faible impact environnemental dont l’industrialisation ne présente pas de difficultés particulières.

La présente invention a encore pour but de fournir un procédé de préparation d’une composition adhésive avec une bonne reproductibilité.

La présente invention a aussi pour but de fournir une composition adhésive pour la fabrication de panneaux de bois s’appuyant sur des outils industriels déjà existants et ne demandant pas d’adaptation particulière. Description de l’invention

L’invention concerne une composition adhésive sous forme de solution ou dispersion comprenant au moins un polysaccharide soluble ou dispersible dans l’eau comprenant des fonctions aldéhydes, ladite solution ou dispersion présentant une matière sèche supérieure à 20 %m, de préférence d’au moins 30 %m et encore de préférence d’au moins 40 %m, exprimé en pourcentage massique de matière sèche par rapport à la masse totale de la solution ou dispersion.

Par « polysaccharide soluble dans l’eau » on entend un polysaccharide soluble dans l’eau distillée à une concentration d’au moins 200 g/L, c’est-à-dire sans particules ou de trouble visibles à l’œil nu. Il est fait référence ici aux polysaccharides après oxydation.

En référence au pourcentage de matière sèche, on entend par « masse totale de la solution ou dispersion » la masse totale de matière sèche et liquide. L’expression « %m » fait référence au pourcentage de matière sèche par rapport à la masse totale de la composition considérée. Le pourcentage de matière sèche est mesuré par pesée d’une quantité donnée de suspension avant et après séchage une nuit à 60°C. Il est exprimé en pourcentage massique de matière sèche sur la masse totale de la suspension.

De préférence, la composition adhésive est sous forme de solution transparente.

Par transparent, on entend plus particulièrement une composition présentant une transmittance supérieure à 80 % et de préférence supérieure à 90 %. La transmittance est de préférence évaluée par mesure de densité optique à l’aide d’un spectromètre UV-Visible

L’invention concerne aussi une composition adhésive sous forme de poudre soluble dans l’eau comprenant au moins un polysaccharide soluble dans l’eau comprenant des fonctions aldéhydes, ladite composition sous forme poudre étant apte à présenter dans l’eau une quantité de matière sèche supérieure à 20 %m.

Avantageusement, une composition adhésive selon l’invention présente une haute teneur en matière sèche en solution ou dispersion dans l’eau : supérieure à 20 %m, de préférence d’au moins 30 %m et encore de préférence d’au moins 40 %m. Une telle matière sèche est avantageusement obtenue après fluidification selon le procédé de l’invention.

Avantageusement, la fluidification et la teneur en matière sèche selon l’invention permettent l’utilisation des compositions adhésives pour la fabrication de panneaux à base de bois.

On préfère aussi diminuer la teneur en eau de la composition adhésive pour éviter l’inconvénient de la formation de cloques dans le matériau final par collage sous pression à chaud.

L’invention concerne encore une composition comprenant au moins un polysaccharide oxydé réticulé, le polysaccharide avant réticulation étant soluble ou dispersible dans l’eau et comprenant des fonctions aldéhydes formant des liaisons covalentes réticulant ledit polysaccharide oxydé réticulé. Typiquement, les liaisons covalentes réticulant ledit polysaccharide oxydé réticulé sont formées lors du séchage d’une solution ou dispersion comprenant ledit polysaccharide.

L’invention concerne notamment tous les polysaccharides présentant une unité sucre avec deux alcools vicinaux en position axiale-equatoriale ou equatoriale-equatoriale, groupes comprenant entre autres la cellulose, les alginates, les chitosanes, l’acide hyaluronique, le schyzophyllane, le scleroglucane, le pullulane, les amidons, les glucosaminoglycanes, les mannanes et les xylanes.

On préfère un polysaccharide d’origine naturelle, c’est-à-dire biosourcé. Ainsi, de préférence, l’invention concerne une composition adhésive biosourcée, et de préférence encore 100 % biosourcée, c’est-à-dire dont tous les éléments sont issus de substances organiques d’origine naturelle et renouvelables (plantes, champignons, animaux, bactéries...). Lorsqu’on utilise l’ion périodate comme oxydant, celui-ci est avantageusement recyclé par utilisation d’hypochlorite ou d’ozone comme oxydant secondaire, ou par des procédés électrolytiques connus dans la littérature.

De préférence, le polysaccharide est une cellulose, par exemple une cellulose microcristalline, une pâte à papier Kraft ou une pâte bisulfite.

Le procédé de préparation d’un polysaccharide oxydé selon l’invention comprend une oxydation du polysaccharide, avantageusement par l’ion périodate ou tout autre réactif permettant d’obtenir le clivage de la liaison C2-C3 et de produire jusqu’à 2 fonctions aldéhydes par sucre.

La quantité d’aldéhyde formée varie avantageusement selon la cinétique et/ou la quantité d’oxydant introduite. Cela se traduit par une variation du pourcentage d’oxydation, grandeur caractérisant l’avancement de la réaction, dont la mesure est détaillée dans l’invention.

De préférence, on oxyde le polysaccharide par un agent oxydant. De préférence, le polysaccharide est oxydé par l’ion périodate, et de préférence le périodate de sodium.

Le polysaccharide est de préférence dispersé ou solubilisé avant oxydation, mais peut être également oxydé sous forme de « boue » connue sous le nom de « slurry » qui est un mélange de polymère et d’eau sous forme de pâte très concentrée. La dispersion ou solubilisation a de préférence lieu dans une phase aqueuse et de préférence encore dans de l’eau comme unique solvant.

Le protocole d’oxydation est de préférence le suivant, par exemple en référence à la cellulose : La cellulose est dispersée ou solubilisée dans de l’eau (par exemple de l’eau déionisée ou du robinet) à l’aide d’une agitation mécanique. Les concentrations sont fixées par pesées entre 0,1 et 10 %m selon les essais. Le périodate de sodium est ensuite ajouté à la stœchiométrie voulue en solution concentrée, et la réaction est conduite à température ambiante pendant 12 h minimum. Le milieu réactionnel est ensuite purifié par dialyse, filtration ou par centrifugation.

La réaction peut être par exemple caractérisée avantageusement par son pourcentage d’oxydation. On utilise selon la présente invention un dosage par formation d’oxime : La quantité d’aldéhyde formé est mesurée par dosage à l’oxime. La quantité de cellulose oxydée équivalente à une masse sèche de 0,1 g est pesée et placée dans un bêcher de 100 mL. Sont ajoutés 25 mL d’une solution de NH2OH-HCI à 0,72 M, dont le pH aura été préalablement ajusté à 5,2 par de l’hydroxyde de sodium (0,12 M). La réaction est conduite 2 h sous agitation et à température ambiante. Un précipité blanc apparaît (formation de l’oxime). La solution est ensuite titrée avec de l’acide chlorhydrique à 0,1 M, l’équivalence est mesuré par un retour à pH de 3,2.

Avec le volume d’HCI à l’équivalence, le pourcentage d’oxydation est calculé selon l’équation 1 :

Equation 1 : calcul du pourcentage d’oxydation par dosage par formation d’oxime

Avec M cellulose = 160 g/mol (masse molaire d’une unité anhydroglucose oxydée), V _H ci = volume d’HCI versé à l’équivalence, CHCI = concentration d’HCI et m _C eiiuiose = masse sèche de cellulose oxydée introduite. Selon un mode de réalisation on préfère un polysaccharide présentant un pourcentage d’oxydation supérieur à 50 %, et de préférence supérieur ou égal à 70 %, et de préférence encore supérieur ou égal à 80 %, exprimé en nombre d’unités saccharides oxydées sur le nombre total d’unités saccharidiques. Selon un mode de réalisation on préfère un polysaccharide présentant un pourcentage d’oxydation supérieur à 90 %.

L’invention concerne également un procédé de préparation d’une composition telle que définie selon l’invention, caractérisé en ce que le procédé comprend une réaction d’oxydation d’au moins un polysaccharide pour l’obtention d’au moins un polysaccharide oxydé comprenant des fonctions aldéhydes, ladite réaction d’oxydo-réduction étant par exemple réalisée par le périodate de sodium (NalC ) (oxydant).

Selon un mode de réalisation, le polysaccharide comprend des unités anhydroglucose et en ce que la réaction d’oxydation conduit à la création de deux groupements aldéhydes aux carbones C2 et C3 des unités anhydroglucose.

Selon ce mode de réalisation, l’oxydation correspond par exemple à l’oxydation des fibres lignocellulosiques qui sont constituées majoritairement de cellulose (Schéma 1). L’oxydation peut être effectuée par différents moyens et est définie par son pourcentage d’oxydation, exprimé en nombre d’unités saccharidiques oxydées sur le nombre total d’unités saccharidiques.

Schéma 1 : Réaction d’oxydation de la cellulose De préférence, pour obtenir un produit final aux caractéristiques désirées, on préfère que l’avancement de la réaction d’oxydation du polysaccharide soit important.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend un rinçage, de préférence par filtration ou centrifugation, du polysaccharide oxydé.

Le rinçage est typiquement réalisé après l’oxydation. Le rinçage est nécessaire dans le cas où des espèces non désirées sont introduites lors de la réaction d’oxydation. A ce stade, le polysaccharide oxydé est en suspension instable dans l’eau.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une fluidification, de préférence par traitement à pH basique ou par chauffage, par exemple supérieur à 60 °C, et de préférence supérieur à 70 °C, par exemple à 80 °C sous reflux. La fluidification agit sur l’arrangement des chaînes de polysaccharide oxydé dans l’eau et permet avantageusement d’obtenir, à partir d’une pâte humide, une solution homogène peu visqueuse. De par sa structure, le polysaccharide oxydé est sujet à la formation de liaisons hémiacétales. Pour cette raison, le polysaccharide oxydé ne peut être reconcentré au-delà de 20 %m d’extrait sec dans cet état. De préférence, l’étape de fluidification modifie l’environnement du polysaccharide oxydé pour séparer ces liaisons, ce qui permet d’obtenir une solution homogène et peu visqueuse que l’on peut reconcentrer pour atteindre le taux de matière sèche désiré. On peut, par exemple, atteindre un taux de matière sèche d’environ 50 %m. Typiquement, la fluidification a lieu après l’oxydation du polysaccharide et le cas échéant après rinçage.

Selon un mode de réalisation, la fluidification est réalisée par traitement pH. Typiquement, le polysaccharide oxydé est porté à pH basique sous agitation mécanique. Le milieu, initialement blanc et opaque, devient de plus en plus translucide et légèrement jaunâtre au fur et à mesure que la suspension se fluidifie. Selon une variante, on utilise un disperseur cylindrique de type ultra-turrax, notamment pour casser les agrégats résistants. L’étape de fluidification se termine quand les fibres ont disparu et que la solution obtenue est homogène.

Selon un mode de réalisation, la fluidification est réalisée par chauffage. Typiquement, le polysaccharide oxydé est chauffé sous agitation mécanique, de préférence pendant un temps pouvant atteindre plusieurs heures (i.e. supérieur à 1 h) Les mêmes modifications d’état que lors d’un traitement pH sont observées. Exemple de conditions de fluidification : chauffage à 80 °C dans un montage à reflux sous agitation mécanique pendant 15 h.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend un ajustement augmentant la matière sèche de la solution ou dispersion obtenue après fluidification, par exemple par voie liquide, par exemple par évaporation partielle ou totale de milieu liquide, ou par voie sèche, par exemple par lyophilisation, puis éventuelle remise en solution aqueuse.

L’ajustement est l’étape qui permet d’atteindre les niveaux de taux de matière sèche nécessaires à l’application finale. Typiquement, l’ajustement a lieu après la fluidification.

En sortie de fluidification, le système présente en général un taux de matière sèche d’environ 15 %m pour un objectif par exemple d’environ 50 %m.

En particulier, l’étape de fluidification du procédé de l’invention répond au principal verrou technologique de l’utilisation de polysaccharide oxydé et en particulier de la cellulose oxydée, pour une application comme composition adhésive en permettant de travailler à des taux de matière sèches très élevés.

Selon un mode de réalisation, l’ajustement a lieu par voie liquide. Par exemple, il est possible de concentrer en utilisant un évaporateur rotatif.

Selon un mode de réalisation, l’ajustement a lieu par voie sèche. Par exemple en lyophilisant le polysaccharide oxydé pour le remettre ensuite en milieu aqueux au taux de matière sèche désirée.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend un séchage pour l’obtention d’une composition adhésive sous forme de poudre selon l’invention, soluble dans l’eau et comprenant au moins un polysaccharide soluble dans l’eau comprenant des fonctions aldéhydes. L’invention concerne aussi l’utilisation d’une composition selon l’invention ou susceptible d’être obtenue selon un procédé tel que défini selon l’invention comme adhésif.

En particulier, l’invention s’applique à la cellulose qui présente après traitement selon l’invention des propriétés remarquables à titre d’adhésif. On parle alors par exemple selon l’invention de colles de cellulose.

Avantageusement, les colles de cellulose sont stables à température ambiante. Avantageusement, les colles de cellulose peuvent être concentrées jusqu’à 50-55 %m et garder leur stabilité à l’état liquide. Avantageusement, à 45 %m de matière sèche, la viscosité d’une colle de cellulose (solution aqueuse) est d’environ 0,1 Pa.s quand issue de pâte bisulfite et 0,25 Pa.s quand issue de pâte kraft (mesure Brookfield, 50 tr.min ^_1 , 25 °C, mobile N°4). Il est évident que ces systèmes présentent un comportement rhéologique fonction de la température, du temps, de la concentration et de la taille/morphologie des chaines/nanoparticules de cellulose qui sont le résultat de l’oxydation et de la fluidification. Selon l’invention, on préfère des solutions de polysaccharide oxydé présentant une viscosité de 0,08 à 1 Pa.s et typiquement de 0,1 à 0,5 Pa.s.

Il existe plusieurs approches pour préparer un matériau collé (ou la prise de l’adhésif) à partir des compositions de l’invention.

L’invention concerne aussi l’utilisation d’une composition selon l’invention ou susceptible d’être obtenue selon un procédé tel que défini selon l’invention comme adhésif par prise physique, par exemple par l’évaporation du solvant, et de préférence sous forme d’une colle sans additif Sans ajout d’additif, l’évaporation du solvant de la solution (typiquement de l’eau) conduit à l’obtention d’un matériau dur et fragile. On considère qu’il y a formation d’un réseau de liaisons hémiacétales. Le matériau obtenu se dissout facilement dans l’eau.

L’invention concerne aussi l’utilisation d’une composition selon l’invention ou susceptible d’être obtenue selon un procédé tel que défini selon l’invention comme adhésif par prise chimique, par exemple par réticulation, par exemple avec un agent de réticulation soit d’origine phénolique ou polyphénoliques comme les acides-phénols, les flavones, les anthocyanes, les tanins ou les lignines, soit portant des fonctions amines formant ainsi ladite base de Schiff, de préférence l’agent de réticulation est choisi parmi la famille des polyamines par exemple une diamine ou la mélamine.

Il est également possible de considérer l’ajout d’additifs (agents de réticulation) ayant des fonctions pouvant réagir avec les aldéhydes du polysaccharide. Les additifs faisant réticuler les compositions adhésives de l’invention (colles de cellulose) présentent des fonctions donneuses d’électrons, et sont choisis par exemple parmi : • Les diamines. Les diamines font réticuler le polysaccharide oxydé, et en particulier la cellulose oxydée, par formation de bases de Schiff. En général, la réaction est immédiate à température ambiante même à des stœchiométries très faibles ; la réaction dégage de la chaleur et conduit à l’apparition d’un solide insoluble dans l’eau. Quasiment toutes les diamines sont concernées par cette réticulation (aliphatiques et aromatiques, molécules de taille au moins 2 carbones entre les fonctions amines).

• La mélamine. La mélamine est une triamine-triazine qui possède la capacité de faire réticuler un polysaccharide oxydé, et en particulier la cellulose oxydée, au même titre que les diamines. Typiquement, l’ajout de mélamine au polysaccharide oxydé permet d’obtenir un produit liquide stable, à durée de vie contrôlée qui réticule en un temps très court à 100 °C. Les stœchiométries concernées sont de 1 à 20 unités de cellulose oxydée pour une molécule de mélamine. La stabilité du mélange réactif à température ambiante est permise par la mauvaise solubilité de la mélamine dans l’eau et son pKa plus faible que les diamines. Ces paramètres physiques limitent l’avancement de la réaction. Lors du chauffage du mélange réactif, la solubilité de la mélamine s’améliore (cinétique et limite) ce qui finit par provoquer la réticulation. En particulier, pour caractériser la réactivité, on préfère réaliser un chauffage de 5 minutes à 100 °C pour provoquer la réticulation à chaud ou lors de la redescente en température.

Selon un mode de réalisation, le polysaccharide oxydé est réticulé par un agent d’origine phénolique ou polyphénoliques comme les acides-phénols, les flavones, les anthocyanes, les tanins ou les lignines.

Selon un mode de réalisation, le polysaccharide oxydé est réticulé par exemple par une amine et formant un des constituant d’une base de Schiff.

Typiquement, le polysaccharide est soluble dans l’eau et comprend des fonctions aldéhydes réagissant au moins en partie avec un agent de réticulation formant ainsi ladite base de Schiff ou le produit de réaction avec un agent d’origine phénolique ou polyphénoliques.

Selon l’invention, on préfère des solutions de polysaccharide oxydé présentant un temps de prise de moins de 5 minutes à 100°C.

De préférence lorsque l’agent de réticulation est une diamine, qui possède en général un pKa élevé, leur intégration dans l’eau à des concentrations très élevées rend le milieu très basique (pH 10-12). Dans ces conditions, la réaction est immédiate, peu importe la température. A l’inverse, dans des conditions de pH acide (pH<5), la réaction n’a pas lieu, peu importe la température. De fait, l’utilisation de diamines pour la prise thermique du polysaccharide oxydé, et en particulier de la cellulose oxydée, est pour l’instant limitée par la dépendance au pH de cette réaction. Selon une variante, on ajoute à la solution comprenant la diamine au moins un agent qui alcalinise le milieu lors d’une montée en température.

Selon un mode de réalisation, une composition adhésive selon l’invention comprend de 0,5 à 25 %m, typiquement de 10 à 20 %m d’agent réticulant. L’invention concerne aussi l’utilisation d’une composition selon l’invention ou susceptible d’être obtenue selon un procédé tel que défini selon l’invention comme une colle sèche.

L’invention concerne aussi l’utilisation d’une composition selon l’invention ou susceptible d’être obtenue selon un procédé tel que défini selon l’invention comme colle aqueuse.

Le pouvoir collant de cette composition adhésive qui dépend de très nombreux facteurs (viscosité, teneur en matière sèche, mouillabilité des fibres, réactivité de la formulation...) est estimé d’après les mesures mécaniques de contrainte à la rupture selon la norme NF EN 319 faites sur des échantillons prototypes de laboratoire ou de cohésion interne faites sur des échantillons prototypes industriels et comparés à une formulation urée-formol standard.

Selon un aspect, l’invention présente l’avantage de fournir une composition présentant une haute teneur en matière sèche.

Selon un aspect, l’invention présente l’avantage de fournir une composition solide, sous forme de poudre, qui peut être par exemple remise en suspension, typiquement juste avant utilisation. En outre, la mise à disposition d’une résine sèche (poudre), dispersible dans l’eau avant utilisation, participe à l’optimisation et rationalisation du transport des matières premières.

Selon un aspect, l’adhésif colle des particules de bois, de préférence pour former un panneau de particules de bois.

Avantageusement, les compositions adhésives selon l’invention sont utilisables telles quelles en lieu et place des colles à bases aqueuses pétrosourcées de type aminoplastes, phénolplastes, à émulsion (vinyliques, polyuréthane) pour coller entre elles des particules ou des fibres.

L’invention concerne également un matériau, par exemple panneau de matériaux cellulosiques, typiquement du bois, et de préférence panneaux de particules de bois, comprenant des particules collées par au moins une composition selon l’invention ou susceptible d’être obtenue selon un procédé tel que défini selon l’invention. Avantageusement, le matériau comprenant des particules collées par au moins une composition adhésive selon l’invention comprend également de la mélamine, par exemple 1 à 10 %m, de préférence de 2 à 10 %m.

L’invention concerne aussi un procédé de fabrication de panneaux de particules de matériau cellulosique, typiquement du bois.

En particulier, la fabrication de tels panneaux comprend la fourniture de particules de matériau cellulosique, typiquement du bois, non collées, et l’application d’une composition adhésive selon l’invention sur le matériau pour encoller les particules de matériau cellulosique et former ainsi un panneau encollé.

Avantageusement le procédé comprend la conformation du panneau encollé et l’application d’une force de pressage et d’un chauffage sur panneau encollé. La force de pression et le chauffage dépendent en général de l’épaisseur du panneau, de la densité visée et des propriétés mécaniques désirées.

En général, un panneau comprend deux types de particules, à savoir des fines et des grosses particules (par exemple une proportion massique 1/3 fines et 2/3 grossières). Typiquement, par exemple, de grosses particules sont retenues par un tamis de 1 mm de maille alors que des particules fines passent à travers un tamis de 1 mm de maille, mais sans aucune limitation. Typiquement, les particules sont encollées séparément par batch, puis conformées avec, en général, d’abord la mise en place d’une couche de fines particules puis d’une couche de grosses particules et de nouveau d’une couche de fines particules, avec la couche de grosses particules en sandwich entre les couches de fines particules.

Avantageusement, la cohésion interne est supérieure à 0,10 N/mm ² , et de préférence supérieure à 0,20 N/mm ² , et encore de préférence supérieure à 0,30 N/mm ² .

Avantageusement, l’invention permet la fabrication de panneaux à base de particules de matériau cellulosique, typiquement du bois, à faible impact environnemental et faible émissivité de COV, en tirant partie d’une ressource abondante et renouvelable, sans concurrence alimentaire.

Avantageusement, l’invention permet à la composition adhésive d’atteindre le cahier des charges des colles aqueuses pétrosourcées existantes en termes de propriétés physico-chimiques.

Avantageusement, les matériaux de l’invention à base de particules collées selon l’invention, présentent un caractère beaucoup moins nocif que ceux fabriqués actuellement. Avantageusement, le matériau de l’invention est totalement fabriqué à partir de biomasse ou régénérable (NalC ), sans produits dérivés de l’industrie pétrochimique, ce qui présente un avantage écologique important.

Sur les figures : Figure 1 : Propriétés mécaniques (contrainte à la rupture) des prototypes laboratoire de panneaux de bois en fonction de la nature de la colle, de la nature et de la quantité d’additif (a) et du taux sec de colle (b).

Figure 2 : Propriétés mécaniques (cohésion interne) des prototypes industriels de panneaux de bois en fonction de la nature de la colle, de la quantité d’additif et du taux sec dé collé.

Figure 3 : Résistance à l’eau des prototypes laboratoire de panneaux de bois en fonction du taux de mélamine dans la colle de cellulose oxydée.

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à l'homme de l'art suite à la lecture de la description explicative qui fait référence à des exemples qui sont donnés seulement à titre d'illustration et qui ne sauraient en aucune façon limiter la portée de l'invention.

Les exemples font partie intégrante de la présente invention et toute caractéristique apparaissant nouvelle par rapport à un état de la technique antérieure quelconque à partir de la description prise dans son ensemble, incluant les exemples, fait partie intégrante de l'invention dans sa fonction et dans sa généralité.

Ainsi, chaque exemple a une portée générale.

D'autre part, dans les exemples, tous les pourcentages sont des pourcentages massiques (sauf indication contraire), la température est exprimée en degré Celsius (sauf indication contraire), et la pression est la pression atmosphérique (sauf indication contraire).

Les pourcentages d’oxydation de polysaccharide indiqués dans les exemples sont évalués par le dosage par formation d’oxime.

EXEMPLES

Exemple 1 - Oxydation de cellulose

On procède à l’oxydation de la cellulose par le périodate de sodium selon le protocole suivant :

150 g de pâte à papier (cellulose sulfite de résineux de la société DOMSJO), au préalable homogénéisés dans l’eau via robot mélangeur, et 250 g de périodate de sodium (Nal0 ₄ ) sont introduits dans 5 L d’eau pour 72 h sous agitation mécanique à pH libre (pH non tamponné).

La cellulose oxydée est ensuite rincée par filtration ou centrifugation.

A ce stade, la cellulose oxydée est en suspension instable dans l’eau.

Exemple 2 - Fluidification par traitement pH

La cellulose oxydée obtenue selon l’exemple 1 est portée à pH 9 (réglé par ajout de NaOH) pendant 1 h 30 sous agitation mécanique à température ambiante. Une fois le procédé terminé, le milieu est ramené à pH 4-5 par ajout d’HCI.

Le milieu, initialement blanc et opaque, devient de plus en plus translucide et légèrement jaunâtre au fur et à mesure que la cellulose oxydée se solubilise. Il peut être nécessaire d’utiliser un disperseur cylindrique de type Ultra-T urrax pour casser les agrégats résistants. L’étape de formulation se termine quand la cellulose oxydée a disparu et que la solution obtenue est homogène.

Exemple 3 - Fluidification par chauffage

La cellulose oxydée obtenue selon l’exemple 1 est chauffée à 80 °C dans un montage à reflux sous agitation mécanique pendant 15 h.

Les mêmes modifications d’état que lors d’un traitement pH sont observées.

Exemple 4 - Ajustement par voie liquide

En voie liquide, il est possible de concentrer une solution obtenue en fin d’exemple 2 ou d’exemple 3 (taux de matière sèche d’environ 15 %m) en utilisant un évaporateur rotatif. On procède à l’évaporation jusqu’à l’obtention d’un taux de matière sèche d’environ 50 %m. Exemple 5 - Ajustement par voie sèche

En voie sèche, il est possible de concentrer une solution obtenue en fin d’exemple 2 ou d’exemple 3 (matière sèche d’environ 15 %m) en lyophilisant la cellulose oxydée et obtenir une poudre sèche. Il est possible de remettre la composition lyophilisée en milieu aqueux à la matière sèche désirée, typiquement d’environ 50 %m.

Le rendement de matière de toutes ces étapes de formulation (exemples 1 , 2 ou 3 et 4 ou 5) est situé autour de 75 %m (masse de cellulose oxydée finale rapportée à la masse de cellulose initialement introduite). Le rendement d’oxydation de la cellulose est d’environ 90 %m (pour les 75 %m de matière final).

Exemple 6 - Prise d’une composition adhésive

On fait réticuler une composition obtenue selon l’exemple 5 :

6.1 On mélange à température ambiante 4 ou 8 g de colle à 15 %m en présence de 435 mg d’hexaméthylène diamine. Le ratio aldéhyde/amine est donc de 1/1 ou 2/1 respectivement, en considérant un pourcentage d’oxydation de 100 %.

Résultat : apparition immédiate d’un précipité dans les deux cas.

6.2 On mélange 3 g de colle à 15 %m avec de la mélamine dans des proportions molaires {cellulose oxydée/mélamine} de 9/1 dans un tube à essai. On agite manuellement jusqu’à homogénéisation du mélange. Le tube à essai est mis au bain-marie dans l’eau bouillante jusqu’à réticulation. Le temps de gel est chronométré. La prise en masse est vérifié via l’introduction d’une pipette Pasteur dans le tube à essai contenant le mélange.

Résultat :

• Temps de gel pour le ratio 9:1 : 4 min 05 s. Reproductible.

On peut ainsi réaliser une prise chimique par réticulation à température ambiante (20 °C) en présence de diamine et une prise chimique par réticulation par chauffage en présence de mélamine.

Exemple 7 - Fabrication de panneaux de particules de bois

Des prototypes de panneaux de particules de bois ont été fabriqués à partir de colle de cellulose et de particules fournies par une unité industrielle. Ils ont été produits en 3 couches à l’échelle laboratoire et pilote-industrielle (Tableau 1). Les résines ont été déposées en 5 min sous formes de gouttes atomisées à la surface des particules à l’aide d’un mélangeur à pales avec un axe tournant à 100 tr.min ^_1 . L’encollage des éléments fins (longueur<0,5 mm en moyenne) a été réalisé séparément des éléments plus grossiers (longueur > 0,5 mm en moyenne). Dans un moule spécifique rectangulaire de dimension 32x32 cm ² ou 55x55 cm ² des couches successives de particules ont été déposées en suivant l’ordre et les proportions massiques suivantes : 1/6 éléments fins, 2/3 éléments plus grossier, 1/6 éléments fins. Le matelas de particules a été introduit dans une presse à plateaux chauffés à 200 °C pendant au moins 300 s. Les panneaux ont été réalisés dans les même conditions à partir de colles aminoplastes conventionnelles qui servent de référence et celles décrites dans le document.

Les matériaux obtenus ont été caractérisés et leurs propriétés ont été comparées à des panneaux de bois références fabriquées selon le même procédé à partir de colles commercialisées et aux données issues de la littérature. Les tests effectués sur les prototypes industriels ont été sélectionnés d’après les normes répandues dans le domaine des panneaux de bois (EN317 et EN 319).

Tableau 1 : Données des prototypes de panneaux de bois fabriqués à partir de cellulose oxydée à l’échelle laboratoire et industrielle

La caractérisation de prototypes laboratoire montre que la colle de cellulose seule permet d’atteindre 60 % des propriétés des panneaux obtenus à partir d’une colle référence urée/formol à même taux sec de colle (Figure 1). L’ajout de mélamine dans la colle de cellulose oxydée permet d'augmenter les propriétés mécaniques des panneaux (cohésion interne EN319). Ces observations sont confirmées sur des panneaux obtenus par un procédé pilote (figure 2).

La contrainte à la rupture atteint alors un maximum pour 4 %m (équivalent masse humide EN319) de mélamine. A ce pourcentage, les propriétés mécaniques sont équivalentes au système de référence. Les propriétés mécaniques augmentent également avec la quantité de colle sèche introduite dans le panneau. Cette évolution est très similaire entre panneaux à base d’urée/formol et à base cellulose oxydée/mélamine (4 %m).

L’ajout de mélamine permet également d’augmenter la résistance à l’eau des échantillons (Figure 3) (EN317). Sans mélamine, la résistance à l’eau est médiocre, les prototypes se délitent complètement au bout d’une 1 heure dans l’eau bouillante. L’ajout de 1 %m de mélamine permet aux échantillons de conserver leur forme dans ces conditions même si les propriétés mécaniques sont fortement altérées. Au-delà de 1 %m, la résistance à l’eau augmente proportionnellement avec la quantité de mélamine. La mélamine permet également de limiter la dissolution de la colle de cellulose des panneaux de bois immergés à température ambiante pendant 24 h. Cette observation permet de renforcer l’hypothèse de création d’un réseau tridimensionnel.