Ana Trajcheva Beñat Olave Fernandez

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Une enzyme pour nettoyer les toxines des matériaux acryliques

Pour lutter contre la toxicité occulte des peintures acryliques, des scientifiques de POLYMAT-EHU ont créé une solution propre et efficace basée sur une enzyme végétale.

Ana Trajcheva Beñat Olave Fernandez

Les peintures à base d'eau et les adhésifs sont généralement considérés comme des alternatives moins toxiques pour la santé et l'environnement que les produits à base de solvants organiques. L'utilisation de l'eau en tant que principal moyen réduit considérablement les émissions polluantes et augmente la sécurité tant dans le processus de fabrication que dans l'utilisation domestique.

Cependant, il reste des défis à relever pour éliminer complètement ces peintures à base d'eau (ou acrylique) dans la santé et l'environnement. Beaucoup de gens seront familiers avec cette situation: en peignant une pièce avec une telle peinture, des odeurs apparaissent qui peuvent durer pendant des jours. Mais si la peinture ne contient pas de solvants organiques, d'où viennent ces odeurs?

La réponse se trouve dans les composés organiques volatils (COV). Une grande partie de ces odeurs provient de ce qu'on appelle le sable monomère, c'est-à-dire de petites molécules qui n'ont pas complètement réagi à la fabrication de peinture, d'adhésif ou d'autres polymères¹. Bien que leur concentration soit très faible, par ordre de ppm (partie par million), leur présence n'est pas inoffensive. Même à ces niveaux, ils peuvent provoquer des odeurs désagréables, une irritation des yeux et des voies respiratoires et d'autres effets nocifs sur la santé lors d'expositions prolongées.

C'est la raison pour laquelle la législation européenne impose des limites très strictes pour les quantités de ces COV dans les peintures, les revêtements et les adhésifs. Face à ce défi, des chercheurs du centre POLYMAT (EHU) ont développé une solution qui vise à améliorer les stratégies existantes de réduction de ces composés: une méthode biotechnologique innovante capable de capturer presque tous ces composés indésirables².

L'une des techniques les plus utilisées dans la fabrication de peintures à base d'eau et d'adhésifs est la polymérisation à base d'eau. Au cours de ce processus, les monomères sont dispersés dans l'eau avec un initiateur. Cela déclenche une réaction en chaîne par laquelle les monomères sont transformés en polymères. Le résultat est un latex que nous considérons généralement comme un liquide blanchâtre. Cependant, la réaction est rarement totale et il reste toujours de petites quantités de monomères non réactifs.

Enzyme de nettoyage des toxines acryliques 2

Comme il est expliqué plus en détail dans un autre article du magazine Elhuyar³, au niveau industriel, il existe deux stratégies pour réduire ces déchets. Le premier est la postpolymérisation chimique : une fois la réaction principale terminée, plus de précurseurs sont ajoutés pour forcer la réaction des autres monomères. Il s'agit d'une méthode simple, mais comme elle doit être chauffée, elle nécessite beaucoup d'énergie et peut produire de nouveaux COV indésirables. La deuxième est la désévaporation: la chaleur et le vide sont utilisés pour passer des monomères et d'autres composés organiques volatils à la phase gazeuse. Bien qu'il soit très efficace, il a une consommation d'énergie énorme.

L'alternative développée dans POLYMAT est basée sur l'intégration d'un outil biotechnologique: Armoracia rusticana, une enzyme extraite des racines du radis. Cette biomolécule est ajoutée au mélange aqueux après la fin de la réaction de polymérisation et, en présence de peroxyde d'hydrogène et d'acétylacétone, elle déclenche un processus chimique capable d'éliminer les monomères résiduels, même en très petite quantité.

Dans ce processus innovant, les molécules de monomère se lient les unes aux autres en raison d'une réaction encouragée par l'enzyme et la peroxyacétone. En s'associant, les monomères produisent des polymères courts qui s'intègrent entre les chaînes de polymères précédemment créées. L'enzyme, qui est la pièce la plus précieuse, agit comme un catalyseur, c'est-à-dire qu'elle n'est pas consommée, ce qui permet de réduire les coûts. Dans le cas du méthacrylate de méthyle monomère (MMA), des conversions de plus de 95 % (pourcentage de COV éliminés) et de près de 90 % pour l'acrylate de butyle (BA) ont été effectuées. Ce sont les deux monomères les plus courants dans les peintures et adhésifs à base d'eau.

Enzyme de nettoyage des toxines acryliques 3

Un aspect particulièrement important est que cette méthode est efficace à la pression ambiante et à la température ambiante et ne produit pas de nouveaux composés de type COV. Cela en fait une alternative plus durable par rapport aux deux autres stratégies habituelles.

Les chercheurs ont découvert qu'en plus de réduire les COV, ce processus affecte également les propriétés du polymère. Le matériel obtenu a une plus grande flexibilité, ce qui peut être bénéfique ou non, selon l'application. Cet effet se produit parce que l'enzyme et les petites chaînes de polymères produites agissent comme plastifiants et facilitent le mouvement des chaînes de polymères. D'autre part, une amélioration de la stabilité thermique du matériau est observée. Lors du chauffage, l'enzyme se carbonise et crée une couche protectrice qui retarde la dégradation du polymère, ce qui augmente sa résistance aux températures élevées.

Bien que les résultats soient prometteurs, le processus en est encore au stade du laboratoire. Les prochaines étapes seront axées sur l'adaptation à l'échelle industrielle. Si cet objectif est atteint, une enzyme extraite d'une plante ordinaire pourrait devenir un outil essentiel pour le développement de peintures et d'adhésifs plus durables.