Grâce au phosphore, l’Empa a conçu un époxy recyclable et ignifuge

La résine époxy est un plastique robuste très répandu, notamment dans les matériaux renforcés de fibres utilisés dans l'aviation ou l'industrie automobile. Mais jusqu'à présent, il n'était pas possible de la recycler. Le Laboratoire fédéral de recherche sur les matériaux (Empa) a développé un époxy, facile à fabriquer, qui peut être réutilisé et recyclé à l’envi. Et qui en outre est résistant au feu.

Crédit image: Empa

Les chercheurs de l’Empa ont soumis avec succès leur plastique ignifuge à des tests d’inflammabilité.

Presque tous les plastiques qui nous accompagnent au quotidien sont à base de matières premières fossiles. Lorsqu'ils se retrouvent dans l'environnement, ils polluent pour des générations. et lorsqu'ils sont brûlés dans une usine d'incinération, ils libèrent dans l'atmosphère du CO2 qui réchauffe le climat. La meilleure solution est donc le recyclage.

Ces duromères qui compliquent tout
Cependant, tous les plastiques ne peuvent pas être recyclés. Ce qui est déjà la norme pour le PET est par exemple impossible pour la résine époxy. En effet, celle-ci appartient à ce que l'on appelle les duromères. Dans ces polymères, les longues chaînes moléculaires sont tellement réticulées entre elles qu'elles ne peuvent plus être fondues après la première fabrication. Il n’existe aujourd’hui que deux possibilités pour l’éliminer : l'incinération ou la mise en décharge.

Pourtant, cette matière plastique résistante est largement utilisée, d'une part sous sa forme pure, par exemple sous forme de revêtements ou de colles, et d'autre part comme partie intégrante de matériaux renforcés par des fibres de carbone ou de verre pour des pièces d'avion et de voiture des équipements sportifs ou même des éoliennes.

L'Empa a longtemps cherché à développer une résine époxy recyclable... et elle y est enfin parvenue. Non seulement son polymère peut être recyclé par différentes méthodes, mais il est aussi difficilement inflammable et facile à produire, ce qui ouvre la voie à une application industrielle.

La clé de la réussite
Un élément réunit toutes ces propriétés: le phosphore. « Les additifs à base de phosphore sont des retardateurs de flamme très populaires, explique Arvindh Sekar, du laboratoire ‹Advanced Fibers› de Saint-Gall. Normalement, ils sont simplement mélangés à la résine époxy sous forme de poudre.  » Mais l’équipe de l’Empa a été plus loin et ajouté un polymère contenant du phosphore à la résine avant qu'elle ne durcisse. Celui-ci réagit avec l'époxyde. L'effet ignifuge du phosphore est alors conservé, tout comme les propriétés mécaniques avantageuses de l'époxyde.

Le polymère phosphoré permet aux réticulations entre les chaînes de polymère dans l'époxyde durci de se réorganiser sous l'effet de la chaleur. Après utilisation, le plastique peut être simplement réduit en poudre et pressé à chaud dans une nouvelle forme, ce qui permet aux liaisons de se réarranger : c'est ce qu'on appelle le recyclage thermomécanique. « Nous avons effectué dix cycles de recyclage de ce type et l'époxyde n'a pas perdu de manière significative sa résistance mécanique », poursuit Arvindh Sekar.

Dissolution chimique possible
Mais que faire lorsque l'époxy fait partie d'un matériau composite avec des fibres et ne peut pas être simplement broyé ? Le nouveau matériau marque des points ici aussi, car en plus du recyclage thermomécanique, il peut également être dissous chimiquement. Les fibres noyées dans la résine peuvent ainsi être récupérées sans dommage notable – une étape qui n'était guère possible jusqu'à présent. « Outre les fibres, nous pouvons en outre récupérer plus de 90 pour cent de l'époxyde et du phosphore », ajoute Arvindh Sekar. Contrairement au recyclage thermomécanique, le recyclage chimique nécessite toutefois beaucoup d'énergie et de plus grandes quantités de solvants, avertit le chercheur – tout comme le recyclage chimique d'autres polymères. « Le recyclage chimique devrait toujours être la dernière étape. Le recyclage thermomécanique est à privilégier chaque fois que c'est possible », dit-il.

Les premiers domaines d'application envisagés sont par exemple les revêtements intérieurs et extérieurs. Dans ce domaine, le matériau marque des points car, grâce à l'ajout de phosphore, il possède une meilleure stabilité des couleurs et jaunit moins vite que la résine époxy traditionnelle.

Les chercheurs souhaitent encore ajouter le polymère phosphoré à d'autres matières plastiques afin de les rendre elles aussi résistantes au feu et recyclables.  (Anna Ettlin)