Mousses au Tannin: Préparation & Caractérisation

Cette section explore la réactivité des tannins avec différents aldéhydes, en mettant l'accent sur le remplacement du formaldéhyde, source de toxicité dans les mousses tannin/furanniques. L'étude compare la réactivité des tannins avec le formaldéhyde, le glutaraldéhyde, et le glyoxal. L'objectif est d'identifier un aldéhyde de substitution moins toxique tout en maintenant des propriétés mécaniques acceptables. Des expériences ont été menées en mélangeant des quantités précises de tannins, d'aldéhydes et d'un catalyseur (acide para-toluènesulfonique), puis en mesurant l'augmentation de viscosité résultante. Le formaldéhyde étant un réactif difonctionnel, la quantité de sites réactifs est déterminée. On observe que l'alcool furfurylique subit une auto-condensation rapide après l'ajout du catalyseur, ce qui influence la cinétique de réaction avec l'aldéhyde. Les résultats indiquent que le glutaraldéhyde est un meilleur substitut que le glyoxal, car il permet une réticulation efficace, évitant le rétrécissement observé avec des quantités insuffisantes de glutaraldéhyde. L'analyse de la viscosité montre clairement une meilleure réactivité pour certains aldéhydes, illustrant la complexité des réactions chimiques impliquées dans la formation des mousses. La concentration en eau et le degré de réticulation sont des facteurs importants influençant le résultat final.

Cette partie se concentre sur la caractérisation des oligomères formés lors de la réaction entre les tannins et l'alcool furfurylique, à l'aide de la spectrométrie de masse MALDI-TOF. Cette technique permet d'identifier les différentes structures moléculaires présentes dans les mousses. L'analyse révèle la présence d'oligomères formés par auto-condensation de l'alcool furfurylique, ainsi que d'oligomères mixtes résultant de la réaction entre les monomères, dimères et trimères de flavonoïdes caractéristiques du tannin de mimosa et l'alcool furfurylique. Les pics obtenus au spectromètre de masse sont interprétés en fonction du poids moléculaire des espèces, en considérant l'ajout de 23 Da dû à la matrice NaCl utilisée. Des oligomères de fisetinidine réagissant avec l'alcool furfurylique sont notamment identifiés. Cette analyse précise les structures moléculaires résultantes de la réaction et confirme le processus de co-réaction entre les différents composants. Cette caractérisation moléculaire est cruciale pour comprendre le comportement des mousses et optimiser leur composition.

La section présente l'analyse des propriétés mécaniques et thermiques des mousses tannin/furanniques, en comparant les formulations contenant du formaldéhyde (standard) et celles utilisant le glutaraldéhyde comme substitut. La résistance à la compression est une propriété clé étudiée, avec une corrélation observée entre la résistance à la compression et la densité volumique. Les mousses avec une quantité optimisée de glutaraldéhyde (GLU-16) montrent une résistance à la compression comparable à celle des mousses standard. Des quantités plus faibles de glutaraldéhyde conduisent à une moindre réticulation et donc à une résistance moindre. Des quantités excessives, entraînant un ajout d’eau dans la formulation qui se traduit par des défauts lors de l’évaporation, diminuent également la résistance. La conductivité thermique est également évaluée, révélant une relation linéaire entre la conductivité thermique et la densité des mousses de deuxième génération. Cette section confirme l’efficacité du glutaraldéhyde comme substitut au formaldéhyde, offrant des mousses aux propriétés mécaniques et thermiques comparables, voire supérieures, tout en éliminant la toxicité du formaldéhyde.

L'étude de la morphologie des mousses tannin/furanniques a été réalisée pour évaluer l'impact des différents aldéhydes sur la structure du matériau. Les formulations standard (avec formaldéhyde) et celles contenant du glutaraldéhyde (GLU) ont montré une formation de mousse rapide (20 secondes après l'ajout du catalyseur), suivie d'un durcissement en 3 minutes. Cependant, une quantité insuffisante de glutaraldéhyde (GLU-12) a entraîné un léger rétrécissement de la mousse à la fin du processus de formation. Ce rétrécissement est expliqué par un décalage entre les réactions de condensation et de formation de mousse, la viscosité n'augmentant pas assez rapidement pour un durcissement simultané. En revanche, des formulations avec une quantité suffisante de glutaraldéhyde (GLU-16 et GLU-20) n'ont pas présenté de rétrécissement. Le rétrécissement observé avec le glyoxal (GLY), même en augmentant sa concentration, suggère un mécanisme différent. En conclusion, le glutaraldéhyde apparaît comme un substitut approprié au formaldéhyde pour la préparation de mousses tannin/furanniques, contrairement au glyoxal.

L'analyse de la résistance à la compression des mousses a été effectuée afin d'évaluer l'influence des différents aldéhydes sur les propriétés mécaniques du matériau. La résistance à la compression a été corrélée à la densité volumique. La mousse GLU-16, avec une quantité optimisée de glutaraldéhyde, a présenté une résistance à la compression comparable à celle de la mousse standard. Des quantités inférieures ou supérieures de glutaraldéhyde ont donné des résultats inférieurs, soit en raison d'une réticulation insuffisante (GLU-12), soit en raison de défauts introduits par une évaporation excessive d'eau (GLU-20). L'étude de la conductivité thermique des mousses de deuxième génération (sans formaldéhyde) a révélé une relation linéaire entre la conductivité thermique et la densité. Ces résultats confirment la faisabilité de la substitution du formaldéhyde par le glutaraldéhyde, conduisant à des mousses ayant des propriétés mécaniques et thermiques similaires voire supérieures aux mousses classiques, tout en étant exemptes de formaldéhyde.

Les propriétés d'absorption de différents liquides par les mousses ont été étudiées afin de comparer le comportement des mousses tannin/furanniques à celui des mousses phénoliques. L'eau s'est révélée être le liquide le plus absorbé. L'absorption d'autres liquides est significativement plus faible et sature rapidement, tandis que l'absorption d'eau est pratiquement linéaire jusqu'au remplissage complet des pores. Cette différence de comportement est pertinente pour déterminer les applications possibles des mousses en fonction de la nature des liquides avec lesquels elles pourraient entrer en contact. Ces données sur l'absorption liquide complètent la caractérisation des propriétés physiques des mousses, fournissant des informations importantes pour leur utilisation potentielle dans des applications diverses.