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Ecomat : Des matériaux silicones et polyuréthanes plus respectueux de la santé et de l’environnement

AXELERA, Techtera, 

Copyright Ecomat

De nouveaux catalyseurs sans étain ni mercure pour l'enduction de textiles ou de papier dans les marchés des étiquettes ou des bas de contention, des mastics et colles (électroménager, solaire, joints d'étanchéité pour l'automobile, etc.). Ils pourraient à terme être utilisés pour d'autres matériaux que les les silicones et les polyuréthanes.  

Ce projet a été réalisé suite au 7e appel à projets du Fonds Unique Interministériel de novembre 2008. Il a été labellisé par les pôles de compétitivité Techtera (textiles et matériaux souples) et Axelera (Chimie ‐ Environnement)

Le contexte

Les matériaux silicones et polyuréthanes sont employés dans des marchés techniques tels que le textile, le papier, l’automobile, l’aérospatial, le bâtiment, l’électronique, les dispositifs médicaux, l’alimentaire. Ces matériaux, notamment les silicones, présentent de nombreux avantages : une grande stabilité chimique et thermique, une insensibilité aux agressions environnementales (UV ou pollution atmosphérique) et une biocompatibilité. Leur fabrication nécessite l’utilisation de catalyseurs contenant de l’étain (silicones) et du mercure (polyuréthane). Au-delà d’une certaine dose, elle engendre des risques de nocivité pour l’environnement comme pour l’homme. Des alertes sur les risques générés par ces produits ont été émises dès 2006. Depuis 2012, la réglementation REACH a fortement limité l’utilisation de ces catalyseurs.

L’objectif du projet 

Il s’agissait d’apporter une réponse économique et environnementale aux problématiques industrielles d’utilisation d’étain et de mercure dans la fabrication de matériaux silicones et polyuréthanes. Cette réponse devrait permettre de respecter la réglementation Reach.

Les partenaires 

  • Bluestar Silicones France SAS, fabricant de silicones est le porteur de ce projet collaboratif
  • Palchem, fabricant de catalyseurs
  • Juxta, formulateur de polyuréthanes
  • Fontanille SCOP, fabricant de tissus et dentelles
  • Munksjo Oy (ex Ahlstrom Labelpack) fabricant de papier
  • Université Paul Sabatier Toulouse avec l’UMR Hétérochimie Fondamentale et Appliquée (LHFA)
  • Université Claude Bernard Lyon 1 avec deux laboratoires, à savoir l’UMR 5223 Ingénierie des Matériaux Polymères (IMP) et l’UMR 5265 Catalyse, Chimie, Polymères et Procédés (C2P2)
  • INSA Lyon avec le Laboratoire de Génie civil et Ingénierie environnementale (LGCIE).  

Description des travaux menés

De nombreux catalyseurs sans étain et mercure ont été développés. Après une évaluation de leurs performances dans des réactions modèles, les meilleurs catalyseurs ont fait l’objet de tests de toxicité. Ils ont ensuite été testés dans des formulations plus complexes et adaptées aux applications visées. Le procédé de production de ces nouveaux catalyseurs a été optimisé à l’échelle du laboratoire puis lors de phases pilotes. Les produits retenus ont été utilisés pour préparer des matériaux silicones et polyuréthanes. Ces derniers ont alors été confrontés à une batterie des tests applicatifs destinés notamment à l’évaluation de :

  • leur réactivité dans différentes conditions de température et d’humidité ambiante ;
  • leur stabilité thermique ;
  • leur adhérence sur divers types de supports ;
  • leurs propriétés optiques (transparence, absence de bullage) ;
  • leur absence de caractère irritant en cas de contact cutané prolongé ;
  • leur conformité aux normes telles que l’Oeko-Tex®.

Les nouveaux matériaux ont été étudiés par le laboratoire LGCIE afin de déterminer et simuler leur comportement en fin de vie, leur empreinte environnementale – avec, en particulier, leurs conditions de dégradation physicochimiques - et leur impact sur les populations bactériennes.  

Premiers résultats obtenus et mises en perspective

  • Produits, issus des travaux de R&D : des études approfondies ont été menées sur cinq familles de catalyseurs dont trois ont abouti à un stade de développement avancé allant jusqu’à des productions d’environ 100 kg. Pour ces nouvelles substances, l’absence de caractère perturbateur du système reproducteur et leur très faible toxicité - comparativement aux anciens catalyseurs à l’étain ou au mercure - ont été confirmées par des laboratoires certifiés. Ces produits ont alors pu être enregistrés conformément à la règlementation Reach.  
  • Brevets : 41 familles de brevets avec couverture internationale
  • Perspectives : Ces nouveaux catalyseurs ont permis de développer de nouvelles formulations silicones destinées à l’enduction de textiles ou de papiers pour le marché des étiquettes. Afin de valider leur mise en œuvre sur des supports et machines d’enduction industrielle, ils ont été testés, pour la partie papier, avec Munksjo Oyj (Ex Ahlstrom) et pour la partie enduction textile (marchés des bas autoporteurs et des bas de contention), chez Fontanille Scop.

Depuis mi-2012, ces catalyseurs sont également utilisés dans le développement de nouveaux mastics et colles silicones pour le marché de l’électroménager, du solaire et de l’automobile. A l'horizon d'environ 5 ans, le marché global concerné est estimé à environ 2000 tonnes de silicones. Dans les formulations polyuréthanes réalisées par l’entreprise Juxta, un nouveau catalyseur a d’ores et déjà permis d’augmenter considérablement la résistance à l’humidité, évitant ainsi des défauts tels que des phénomènes de bullage ou l’insuffisance de transparence des vernis pour le marché des étiquettes dômées.

Enfin, ces nouveaux catalyseurs pourraient être utilisés dans d'autres matériaux que les silicones et polyuréthanes, dans le courant de 2014.

Des bas enduits de silicone conformes aux réglementations Reach et Oekotex

Des colles silicones à base de nouveaux catalyseurs non toxiques

Collage et étanchéité des panneaux photovoltaïques utilisant les nouveaux catalyseurs

Des silicones utilisant les nouveaux catalyseurs pour le moulage de pièces

Des joints d'étanchéité des moteurs également fabriqués avec les nouveaux catalyseurs

Les pôles de compétitivité
DATAR et Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie

http://competitivite.gouv.fr/index.php?id=576