Biocharges pour applications de revêtements

La cellulose microcristalline est un autre nom pour la pâte de bois très finement broyée. Elle est disponible en très petites tailles de particules, avec des formes variables selon le fournisseur. C’est une charge idéale pour les revêtements biosourcés, car elle peut être ajoutée à des concentrations relativement élevées sans affecter de manière significative la viscosité. Il est ainsi possible d’incorporer jusqu’à 15 % de cellulose microcristalline dans des revêtements à base d’eau. Son grand avantage pour les revêtements décoratifs est sa couleur blanche, qui permet de réaliser n’importe quelle teinte. Des tailles allant jusqu’à 15 µm sont disponibles, ce qui rend cette charge adaptée à la plupart des applications de revêtements.

Image: La cellulose microcristalline est pré-tamisée par le fabricant jusqu'à 15 µm. Cette poudre blanche fine convient donc à de nombreuses applications d'enrobage.

Le liège est un matériau naturel bien connu, utilisé dans de nombreuses applications pour ses propriétés d’étanchéité (ex. : bouchons de bouteilles) ou de légèreté (ex. : dispositifs de flottaison). Sur le plan chimique, le liège est particulier : il est composé principalement de subérine, dérivée d’acides gras, ce qui le rend très hydrophobe. Sa structure est également unique : au microscope, le liège apparaît comme de grandes cellules aux parois très fines, formant une sorte de mousse à cellules fermées naturelle. En raison de son élasticité, il est difficile de le broyer en poudre fine. Cependant, le ponçage des bouchons génère une fine poussière de liège, souvent disponible à bas coût, mais généralement incinérée faute d’usage. Sa principale limite est la taille des particules, ce qui nécessite un tamisage avant usage.

Une image SEM (microscopie électronique) révèle que la légèreté exceptionnelle du liège est due à ses grandes cellules ouvertes aux parois très fines.

Les polyhydroxyalcanoates (PHA) sont des polymères produits par des bactéries. Lorsque ces bactéries disposent d’un excès de carbone (sucres, graisses) mais manquent d’autres nutriments, elles stockent le carbone sous forme de PHA dans leurs vacuoles. Ces granules thermoplastiques se dégradent rapidement pour produire du compost. Parmi les variantes, le PHBV est particulièrement utilisé comme additif matant ou charge, car il est disponible sous forme de poudre fine.

Image : Ces particules sphériques particulièrement petites sont produites à l'intérieur des bactéries. Le PHBV est également disponible dans le commerce sous forme micronisée, mais peut également être utilisé dans le traitement des thermoplastiques.

L’amidon est une charge biosourcée évidente. Produit par de nombreuses plantes comme molécule de stockage, c’est un polysaccharide formé de chaînes de glucose. Contrairement à d’autres polysaccharides, il ne se dissout pas dans l’eau froide ni dans la plupart des polymères. Il est blanc, donc compatible avec des colorations. Cependant, il peut se décomposer en produisant des teintes brunes ou brûlées. Il existe de grandes différences selon la source (maïs, blé, riz, pomme de terre, tapioca), et ses propriétés (dispersion, taille des particules, compatibilité chimique) doivent être évaluées pour une application donnée. L’amidon est facilement biodégradable et sujet à l’hydrolyse, ce qui limite son utilisation dans des revêtements durables.

Image : particules d'amidon de pomme de terre

Les acides humiques sont des molécules 100 % naturelles issues de la décomposition de végétaux (feuilles, bois, etc.) dans les eaux naturelles (rivières, lacs, mers). Lors de la production d’eau potable, ces acides sont parfois retirés car ils donnent une coloration jaune (inoffensive). Ils sont disponibles sous forme liquide ou en poudre. Ils se dissolvent dans l’eau mais peuvent précipiter en présence de certains composés (métaux, par exemple). Il est donc nécessaire de tester leur compatibilité dans les formulations. À forte concentration, ils colorent en brun. En tant que sous-produit de procédés de purification, ils peuvent être utilisés comme charges biosourcées avec des propriétés éventuelles de protection UV ou antimicrobienne.

Image : particules sphériques creuses formées lors du séchage par atomisation de concentrés d'acide humique.

La sciure de bois est probablement la charge biosourcée la plus évidente. Très utilisée dans les composites bois-plastique (WPC), elle peut également l’être dans d’autres applications. Elle est disponible en différentes tailles et peut être obtenue auprès d’ateliers de menuiserie, à condition de la tamiser. Le bois est composé de trois polymères principaux : cellulose (50 %), hémicellulose (25 %) et lignine (20 %). Son inconvénient est sa forte capacité à absorber l’eau ou les solvants, ce qui limite sa quantité dans les formulations. Néanmoins, elle peut apporter un bel effet visuel.

L’hydroxyapatite (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) est un minéral composé de calcium et de phosphate, sous-produit de la fabrication de gélatine. Grâce à sa teneur élevée en phosphore, elle est utilisée comme fertilisant ou complément alimentaire pour animaux. Elle est naturellement présente dans les os. Livrée sous forme de poudre grossière, elle peut être tamisée pour être utilisée comme charge. Ce produit n’est pas adapté aux produits végétariens, végétaliens, ni nécessairement halal.

La lignine est l’un des trois principaux composants chimiques du bois, avec la cellulose et l’hémicellulose (environ 20 %). Hydrophobe, elle joue un rôle de colle naturelle et d’étanchéité dans la plante. Elle est difficile à extraire. Lors du blanchiment de la pâte à papier, elle est décomposée en lignosulfonates. Ce ne sont pas les lignines brutes qui sont utilisées comme charges, mais leurs dérivés chimiques, disponibles sous diverses formes (goudrons, liquides, poudres). Elle est utilisée comme charge dans l’asphalte, où elle améliore l’adhérence, ou dans les membranes d’étanchéité. Certains articles scientifiques la présentent comme ignifuge, bien que cela soit contesté. Elle est de couleur brune à noire et possède une odeur caractéristique. Étant biosourcée, biodégradable et abondante, elle peut être utilisée comme charge pour revêtements.

La struvite est un minéral issu de la purification des eaux usées riches en phosphates et ammonium. Ces éléments précipitent sous forme de cristaux NH₄MgPO₄·6H₂O. On la trouve dans les stations d’épuration traitant des déchets organiques (épluchures de pommes de terre, fumier, etc.). Les particules formées sont assez grandes, ce qui complique leur usage dans des couches minces de revêtement.

Image : cet agrandissement très important d'une particule de struvite montre des fissures et des formes minérales de struvite.