Matériaux innovants à base de bois et d'extractibles poly-phénoliques ou résiniques

Innovative materials based on wood and polyphenolic or resin extractives

• Auteur / Autrice : Joao Dorini falavinha
• Direction : Christine Charbonnier-Gérardin, Pedro Henrique Gonzalez de cademartori
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences du Bois et des Fibres
• Date : Inscription en doctorat le 09/01/2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université Fédérale du Parana
• Ecole(s) doctorale(s) : SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LERMAB - Laboratoire d'Études et de Recherche sur le Matériau Bois
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe Valorisation Chimique, Energie et Procédés

Mots clés

Mots clés libres

Tanin

Alcool furfurylique

Copolymères

Préservation du bois

Tannin

Furfuryl alcohol

Copolymers

Wood preservation

Résumé

Le bois est en effet un matériau de plus en plus utilisé dans le domaine de la construction mais également dans de nombreux autres domaines. Le bois est un polymère biodégradable, pouvant présenter une sensibilité face à de nombreux micro-organismes, dont les champignons de pourriture mais également les insectes tels que les termites, ce qui constitue un inconvénient majeur pour son utilisation dans des conditions extérieures. En l'absence de durabilité naturelle, un traitement de préservation est donc indispensable pour obtenir la durabilité nécessaire à son utilisation. Jusqu'à présent, la plupart des traitements de préservation ont consisté à imprégner le bois de substances biocides, bien souvent d'origine pétrochimique. Cependant, il faut noter que de nombreux produits ont été interdits ces dernières années en raison de leur toxicité et de leur origine fossile. Au vu des directives dans ce domaine (directive biocide, lois sur l'air notamment), il est urgent et inévitable de trouver et de développer des alternatives pour la protection du matériau bois, notamment pour des utilisations dans des conditions extérieures, soumis aux intempéries. Ceci est d'autant plus vrai que la réglementation risque de restreindre de plus en plus le spectre des molécules autorisées pour ce type d'application. Deux pistes de traitements du bois font l'objet actuellement de nombreuses études : la modification chimique du bois telle que la furfurylation par polymérisation de l'alcool furfurylique in situ ou le traitement thermique. Dans ce cadre, notre objectif est de concevoir un composite bois original en associant à la furfurylation du bois, des tannins pour obtenir une résine furanique. Dans cette étude, nous souhaitons utiliser les tannins comme agents de réticulation mais aussi comme co-monomères pour réduire la quantité d'alcool furfurylique nécessaire pour une bonne protection du matériau mais également pour augmenter l'interaction avec le bois et conférer des propriétés antioxydantes par le biais des fractions phénoliques. Les tannins étant des oligomères réticulés, ils devraient permettre également d'obtenir une meilleure stabilité dimensionnelle du matériau bois. Nous envisageons de compléter l'étude par une copolymérisation de l'alcool furfurylique avec des tannins fonctionnalisés pour produire un composite bois-polymère hydrophobe et avec une activité antifongique accrue. L'étude sera ainsi étendue au greffage d'acides résiniques comme l'acide abiétique ou déhydroabiétique, issus du gemmage d'essences résineuses, afin d'apporter une autre source d'hydrophobie au matériau ainsi que des propriétés antifongiques ou répulsives aux insectes supérieures. Les tannins condensés ou les tannins hydrolysables sont des molécules aisément extractibles à partir de poudre de la biomasse lignocellulosique. Ce sont des molécules polymérisables et faciles à fonctionnaliser. L'utilisation de composés poly-phénoliques, connus pour être impliqués dans la durabilité du bois, peut s'avérer être une voie intéressante pour conférer une durabilité aux espèces sensibles aux attaques biologiques et à la détérioration. Grâce à leurs propriétés antioxydantes, les polyphénols peuvent en effet interférer avec les mécanismes biochimiques utilisés par les champignons pour dégrader le bois. Le fait d'être rendus hydrophobes devrait limiter l'absorption d'eau permettant une bonne stabilité dimensionnelle du matériau et présenter des conditions défavorables au développement des microorganismes. Par ailleurs, l'industrie de la première ou deuxième transformation du bois, génère chaque année un volume considérable de déchets qui sont actuellement soit recyclés pour servir d'autres industries. La valorisation de ces sous-produits par l'exploitation des métabolites secondaires comme les tannins facilement extractibles du bois pourrait donc s'avérer un plus pour la filière bois.

Wood is indeed a material that is increasingly used in the construction sector but also many other fields. Wood is a biodegradable polymer, which can show sensitivity to many microorganisms, including rot fungi but also insects such as termites, which is a major drawback for its use in outdoor conditions. In the absence of natural durability, a preservation treatment is therefore essential to obtain the durability required for its use. So far, most preservation treatments have consisted of impregnating wood with biocidal substances, often of petrochemical origin. However, it should be noted that many products have been banned in recent years due to their toxicity and fossil origin. Given the directives in this field (biocide directive, air laws, etc.), it is urgent and inevitable to find and develop alternatives for the protection of wood material, especially for uses in outdoor conditions, exposed to weathering. This is all the more true as the regulation is likely to restrict more and more the spectrum of molecules authorized for this type of application. Two wood treatment methods are currently the subject of many studies: chemical modification of wood such as furfurylation by polymerization of furfuryl alcohol in situ or heat treatment. In this context, our objective is to design an original wood composite by combining furfurylation of wood with tannins to obtain a furanic resin. In this study, we wish to use tannins as crosslinking agents but also as co-monomers to reduce the amount of furfuryl alcohol needed for good protection of the material but also to increase the interaction with wood and confer antioxidant properties through phenolic fractions. Tannins being crosslinked oligomers should also allow better dimensional stability of the wood material. We plan to complete the study by copolymerizing furfuryl alcohol with functionalized tannins to produce a hydrophobic wood-polymer composite with increased antifungal activity. The study will thus be extended to grafting resin acids such as abietic or dehydroabietic acid, derived from resin tapping of resinous species, to provide another source of hydrophobicity to the material as well as antifungal or repellent properties to insects superior. Condensed or hydrolyzable tannins are molecules easily extractable from powder of lignocellulosic biomass. They are polymerizable and easy to functionalize molecules. The use of polyphenolic compounds, known to be involved in wood durability, may prove to be an interesting way to confer durability to species sensitive to biological attacks and deterioration. Thanks to their antioxidant properties, polyphenols can indeed interfere with the biochemical mechanisms used by fungi to degrade wood. The fact of being made hydrophobic should limit water absorption allowing a good dimensional stability of the material and presenting unfavorable conditions for the development of microorganisms. Moreover, the industry of the first or second transformation of wood generates a considerable volume of waste which is currently recycled to serve other industries. The valorization of these by-products by exploiting secondary metabolites such as tannins easily extractable from wood could therefore prove to be a plus for the wood sector.