Progrès récents des Nanocomposites Alkydes Respectueux de l’Environnement Vers des Revêtements « Plus verts « 

Introduction

Les résines alkydes sont les liants polymères à base d’huile de graines végétales les plus polyvalents qui trouvent des applications dans l’industrie des peintures et des revêtements. Ce sont des matériaux à base de polyester modifiés avec de l’huile ou des acides gras dérivés de l’huile. Les résines alkydes doivent leurs larges applications à leur polyvalence et à leur capacité à concevoir une grande variété de propriétés acceptables en termes d’utilisation par l’industrie des revêtements. Les alkydes représentent aujourd’hui environ la moitié de toutes les résines consommées dans le domaine des revêtements protecteurs. Chimiquement, les résines alkydes ont été définies comme le produit de réaction de la polymérisation par condensation de l’alcool polyhydrique, de l’acide polybasique et de l’acide gras monobasique (saturé ou insaturé; Figure 1). Ils sont mieux classés en fonction de la quantité d’acide gras et d’anhydride phtalique présents (tableau 1).

La réaction de l’alkyde (figure 1) repose sur trois éléments fondamentaux de base:

1. VSO ou acides gras correspondants (en pourcentage): graines de lin (linoléique / linoléique 40/35), soja (linoléique / oléique 55/28), tall (acide gras / colophane 50/40), ricin (ricinoléique / linoléique 90/4), ricin déshydraté (acide gras conjugué / ricinoléique 80/10), carthame (linoléique / oléique 59/37), tung (éléostéarique / oléique 79/11), noix de coco ( acide gras saturé/monoinsaturé 91/6), ainsi que d’autres huiles de graines non traditionnelles;

2. Alcools polyhydriques (polyols): glycérol, pentaérythritol, sorbitol, éthylène glycol, néopentylglycol, triméthylol propane et autres; et

3. Acides polybasiques (ou anhydride correspondant): acides phtalique, isophtalique, adipique, maléique, fumarique et anhydride trimellitique.

Les résines alkydes ont une bonne rétention de la couleur, une durabilité dans les finitions extérieures, une bonne résistance aux intempéries et une résistance modérée aux vapeurs corrosives, mais présentent une faible résistance aux éclaboussures et aux déversements chimiques, en particulier en milieu alcalin. La stabilité thermique de ces résines va jusqu’à 105°C. Les propriétés des revêtements alkydes proviennent principalement des propriétés des huiles siccatives utilisées dans la fabrication des résines. L’étendue et le type d’insaturation dans les acides gras de l’huile de séchage ont un effet profond sur les propriétés des alkydes finis. Le temps de séchage, la dureté, la couleur et la résistivité à l’humidité de la résine dépendent du degré d’insaturation de l’huile utilisée. Ces sites d’insaturation sont responsables du durcissement des résines alkydes par processus d’auto-oxydation (Figure 2). Le processus crée les radicaux libres actifs conduisant à la formation d’un réseau réticulé tridimensionnel. .

Les alkydes standard sont généralement des alkydes d’huile de soja et de lin, qui présentent respectivement des taux de séchage modérés et plus rapides. Le premier a une bonne rétention des couleurs, tandis que le second réduit l’exigence de rétention des couleurs. Les alkydes déshydratés à base d’huile de ricin et de soja sont utilisés pour les finitions cuites au four. Ces alkydes en combinaison avec de l’urée formaldéhyde et de la résine de mélamine formaldéhyde présentent un temps de cuisson plus court et produisent un film plus dur. Pour une couleur claire et une rétention maximale de la couleur, des huiles non sèches, telles que la noix de coco, la ricin et les graines de coton, peuvent être utilisées. L’alkyde de ce type ne sèche pas en raison du caractère non oxydant du VSO parent. Ils doivent être mélangés avec certains agents de réticulation et cuits avec de la résine amine, telle que l’urée ou la mélamine formaldéhyde, à haute température (figure 3).

Les alkydes à base de VSO non séchés sont également utilisés comme plastifiants résineux et autres polymères de type laque. Tung et oiticica en combinaison avec d’autres alkydes à base de VSO montrent un séchage plus rapide et une dureté plus précoce. L’alkyde à base d’huile de carthame possède d’excellentes propriétés de séchage et de rétention de la couleur. En plus de ceux-ci, certains alkydes non traditionnels à base de VSO, tels que nahar (Mesua ferreaLinn), kamala (Mallotus phillipinensis), mahua (Madhuca longifolia), Jatropha curcas, burra gokharu (Tribulus terrestris), undi (Calophylum inophyllum), karanja (Pongamia glabra), karinotta (Samera indica), nigerseed (Guizotia abyssinica) , babul (Acacia arabica) et neem (Azardirachta indica) ont été signalés et utilisés comme matériaux de revêtement. L’huile de graines de tabac aurait été utilisée dans la préparation alkyde pour les peintures de finition froissées. L’utilisation du pentaérythritol comme alcool polyhydrique produit un séchage plus rapide, une plus grande dureté, un meilleur brillant et une meilleure résistance à l’eau que les alkydes à base de glycérol à teneur égale en acides gras.

Des modifications des résines alkydes sont effectuées en continu pour obtenir des propriétés de résistance mécanique et chimique améliorées et ces systèmes trouvent un large champ d’application en tant que revêtements de protection contre la corrosion. La modification avec du monomère acrylique, tel que le styrène, le méthacrylate de méthyle, le toluène vinylique et d’autres, a été largement effectuée par les chercheurs par insaturation pour améliorer les performances des résines jusqu’au niveau souhaité. Les alkydes d’huile de graines de lin et de graines de caoutchouc modifiés par copolymère d’anhydride de butylméthacrylate-co-maléique à travers des groupes fonctionnels sont utilisés comme résines de co-durcissement avec la résine de mélamine formaldéhyde pour préparer des compositions de revêtement de type cuisson, tandis que les alkydes à base d’huile d’Albizia benthmedium donnent une résine durcie à température ambiante, avec des propriétés de film supérieures. La modification de l’alkyde avec du caoutchouc chloré a permis d’améliorer l’adhérence ainsi que la résistance aux acides, aux alcalis et à l’eau. La chloration du soja et de l’alkyde à base d’A. benthoil se transforme en un film de séchage à l’air non convertible aux propriétés mécaniques améliorées. Les alkydes à arrêt de chaîne de l’argémone fractionnée par solvant et l’huile de graines de caoutchouc sont utilisés pour les alkydes spécialisés. Les films chauffés à base d’huile de graines de caoutchouc présentent une excellente résistance aux solutions acides et salines. Sa combinaison avec la résine liquide de formaldéhyde de coquille de noix de cajou a amélioré la capacité de séchage et la résistance chimique. La résine alkyde modifiée au phénol améliore la rétention de brillance ainsi que la résistance à l’eau et aux alcalis. Des alkydes cuits à l’eau et séchant à l’air ont également été développés à partir de différents VSO ayant des propriétés similaires à leurs homologues à base de solvants et ont trouvé une application dans la peinture et les revêtements. De plus, les résines alkydes peuvent être modifiées avec des époxydes et des polyuréthanes ou d’autres résines thermoplastiques pour donner des revêtements de performances améliorées. Par exemple, les huiles d’uréthane sont préparées en faisant réagir des diglycérides avec du diisocynate de toluène. Les huiles résultantes sont utilisées dans la préparation de résine alkyde ou comme additif pour les revêtements. En plus de ceux-ci, d’autres alkydes sont également préparés, tels que des alkydes modifiés à l’imide, des alkydes modifiés à l’amide, des résines alkydes à base d’anhydride tétrachlorophtalique ayant des propriétés ignifuges, des modifications de cétène et d’anhydride acétique avec des groupes hydroxyles terminaux d’alkydes, des résines alkydes contenant du chromate de zinc, des résines alkydes contenant du phosphite de triphényle ayant des propriétés de couleur et de séchage améliorées, des alkydes sans huile, une préparation de laquage de résine alkyde pigmentée durcissable à la lumière ultraviolette (UV), et adduit anhydride maléique-cyclopentadiène dans les préparations alkydes.

Ces dernières années, en raison des préoccupations liées à la consommation d’énergie et à la contamination de l’environnement, des réglementations et des législations nous orientant vers le « développement durable » et les innovations, les efforts se concentrent sur le développement (i) de matériaux « plus verts » respectueux de l’environnement (ii) avec des caractéristiques de performance améliorées pour répondre aux exigences actuelles. Des technologies respectueuses de l’environnement telles que les solides élevés, hyperbranchés, à base d’eau et durcissables aux UV sont utilisées pour éliminer l’utilisation et / ou la génération de produits chimiques dangereux et d’émissions nocives pour l’environnement. Pour améliorer les performances, l’inclusion de charges nanosisées en tant que nanoréforcements est en cours d’exécution. Dans ce contexte, le monde des alkydes a également connu des modifications plus importantes telles que le passage à des alkydes à haute teneur en solides, hyperbranchés, à base d’eau et durcissables aux UV (figure 1). Dans nos articles de revue récents, nous avons décrit les alkydes et leurs modifications en termes d’améliorations des propriétés et d’approches respectueuses de l’environnement, survenues au cours de la dernière décennie. Ce manuscrit fournit un bref aperçu des avancées récentes respectueuses de l’environnement qui ont eu lieu dans le domaine des alkydes et se concentre également sur les propriétés et les caractéristiques de performance des nanocomposites alkydes à haute teneur en solides, hyperbranchés et à base d’eau, ainsi que sur les zones inexplorées sur le terrain et les directions de recherche futures possibles.