Photopolymérisation du dioxyde de limonène et d’huile végétale époxydée – application à la stéréolithographie

Abstract

Les polymères, font l’objet d’un bon nombre de recherches, dans tous les domaines. Pour quelles raisons? Une soif de connaissance toujours plus grande, une diversité dans nos choix d’application, une économie de prix et puis surtout, afin de parvenir à produire des matériaux plus respectueux pour la société et l’environnement. Une des raisons principales justifiant ces recherches toujours plus nombreuses est la prise de conscience des enjeux environnementaux à l’égard de notre planète. Nos recherches se sont concentrées sur les résines époxy, thermodurcissables couramment utilisés dans de nombreux domaines.1 Il en va de soit de rappeler que de nos jours, elles contiennent toujours pour la majorité du Bisphénol A Diglycidyl Éther (BADGE).1 Ce monomère a été adopté dans le monde de l’industrie pour sa polyvalence ainsi que les excellentes propriétés qu’il confère aux matériaux finaux. À l’heure actuelle, il présente pourtant une grande limitation. En effet, il est obtenu à partir de bisphénol A (BPA), bien connu pour ses méfaits sur la santé humaine et l’environnement.2 Dans le cadre de cette étude, l’utilisation d’une ressource renouvelable est envisagée dans le but d’obtenir des polymères durables, et biosourcés. Notre monomère d’intérêt est le limonène, extrait de la peau des agrumes à hauteur de 90 000 T/an.3 Il est époxydé pour devenir le dioxyde de limonène.4 Nous avons choisi la photopolymérisation cationique comme alternative pour éliminer le BPA de notre environnement de travail. C’est une technique de polymérisation qui présente l’avantage d’être simple, rapide, qui ne nécessite pas de solvant, qui ne demande qu’une faible consommation d’énergie et qui réduit donc considérablement l’émission de composés organiques volatils (COV).5 Un photo acide générateur (PAG) à base de sel d’onium est ajouté comme activateur de la polymérisation et l’irradiation sous ultra-violet (UV) permet la libération d’un acide fort. Celui-ci agit en tant qu’initiateur et permet l’ouverture des cycles époxydes du monomère. Pour obtenir des résines exploitables, l’ajout d’huiles végétales époxydées telles que l’huile de soja époxydée (ESO) et l’huile de lin époxydée (ELO), a été nécessaire. La polymérisation a été suivie par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Les propriétés thermomécaniques de ces matériaux ont été caractérisées par analyse thermomécanique dynamique (DMTA) et les propriétés thermiques via calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Au vu des résultats obtenus, l’idée d’utiliser notre formulation dans le domaine de l’impression tridimensionnelle (3D) a été un objectif intéressant. La formulation obtenue en photopolymérisation cationique ayant un temps de séchage trop lent pour être applicable à la stéréolithographie (SLA), nous avons utilisé la photopolymérisation cationique sensibilisée par des radicaux. Dans ce cas, notre LDO a été combiné avec de l’huile de soja époxydée acrylatée (AESO). Un triacrylate a également été ajouté pour conférer à notre matériau des propriétés mécaniques supérieures. Ainsi, nous avons mis au point la toute première formulation principalement biosourcée pour l’impression SLA qui soit rapportée dans la littérature.