Arkema / CECA : un bond de performance pour un bitume aux propriétés exceptionnelles avec un polymère supra et végétal

21/02/2008

Des bitumes ultra-résistants pour les routes à fort trafic, additivités de polymères d’origine végétale et qui s’appliquent à 140°C au lieu de 180°C, c’est possible aujourd’hui grâce à la chimie supra-moléculaire, une concept prometteur qui offre un grand potentiel d’améliorations pour l’industrie du bitume. CECA, filiale du groupe Arkema, partenaire de cette recherche sur la chimie supra-moléculaire appliquée aux polymères est l’un des premiers industriels à proposer prochainement un polymère « supra-moléculaire » issue de cette chimie.

 

Des recherches très prometteuses .

La revue Nature publie ce jour un article intitulé «Self healing and thermoreversible rubber from supramolecular assembly» présentant les résultats d’une équipe de recherche du CNRS – ESPCI (dirigée par le professeur Ludwik Leibler) sur la découverte d’un nouveau matériau élastomère qui présente la propriété unique d’être « auto-réparable » ou « auto-cicatrisant ».

 

De la chimie traditionnelle à la chimie supra-moléculaire.

La chimie moléculaire «traditionnelle» s’attache depuis plus de deux siècles à transformer la matière en créant des liaisons permanentes reliant les atomes des molécules.

La chimie supra-moléculaire consiste à construire des édifices complexes de blocs que l’on associe grâce à des liaisons non-permanentes ou « réversibles » ; ces édifices de molécules à structure « réversible » sont dits « supra-moléculaires ». Les mêmes principes d’association sont largement observés dans les systèmes biologiques (ADN par exemple). L’application de ce concept a débouché sur des matériaux supra-moléculaires aux propriétés innovantes à partir de molécules de nature différente et ce, grâce à l’établissement entre ces molécules de liaisons hydrogène qui présentent la particularité, contrairement aux liaisons chimiques habituelles, d’être « réversibles » avec la température.

 

Un cahier des charges précis pour un polymère « supra » aux propriétés exceptionnelles pour le bitume.

Aujourd’hui , CECA, filiale du groupe Arkema, en tant que partenaire industriel clé de cette recherche, entre dans une phase de développement sur l’application bitume.

Leader européen des additifs pour bitume, CECA a engagé des recherches au Centre de Recherche Rhône Alpes (CRRA à Lyon) pour valider que la chimie supra-moléculaire permet de répondre au cahier des charges suivant :

 

·Simplifier la production des liants modifiés,

·Diminuer la température de production des liants modifiés, des enrobés et de leur mise en œuvre,

·Supprimer les agents de réticulation (ex : le soufre)

·Utiliser des polymères contenant plus de 70% de matières premières renouvelables,

·Faciliter le processus de recyclage des routes.

 

Le polymère supra-moléculaire : une efficacité redoutable par rapport aux polymères traditionnels.

« Nous sommes partis du principe que certaines molécules de très petite taille sont capables de former un édifice supra-moléculaire par liaisons physiques dans le bitume » indique Gilles Barreto, responsable R&D CECA pour les additifs bitume. « Ces liaisons ont l’avantage d’être réversibles en fonction de la température, contrairement à celles employées dans les polymères conventionnels comme les StyrèneButadièneStyrène (SBS). »

 

Une démarche éco-responsable.

Des matières premières d’origine renouvelable et un abaissement des températures.

« L’industrie routière utilise 90 000 tonnes de polymères issus de matières premières d’origine fossile pour la modification des bitumes » confirme Guillaume LEGOUIS , responsable CECA des Additifs Bitume «. Ce polymère « supra » permettra à terme de substituer plus de 60 000 Tonnes par des matières premières d’origine renouvelable.

La facilité de mise en œuvre et l’abaissement des températures de modification des liants et de production des enrobés qui en découle permet de réduire d’au moins 20C° la température de production des enrobés. L’utilisation de cette technologie permettra de réduire de 66 000 Tonnes la quantité de CO2 émise lors de la production (chauffage des granulats) des 45 millions de tonnes d’enrobés bitumineux utilisant des bitumes modifiés par des polymères en Europe.

 

Une additivation simple, sans agent de réticulation.

La modification du bitume nécessite des unités spécifiques compliquées et consommatrices d’énergie et souvent l’utilisation d’agents de réticulation. Le polymère « supra » permettra de se passer de ces unités par simple additivation dans la cuve de stockage du bitume.

Un recyclage simplifié.

Le recyclage dans la production des enrobés est une donnée importante. La chimie supra-moléculaire permet de s’affranchir du problème de viscosité du bitume modifié récupéré dans les granulats d’enrobés .

En savoir plus sur CECA [www.ceca.fr]:

CECA, filiale du groupe ARKEMA est un des acteurs mondiaux de la chimie de spécialités. Chaque année, CECA se concentre sur l’amélioration des performances de ses clients, élabore et développe pour eux des adsorbants, des produits intermédiaires chimiques et additifs.

CECA dispose d’une forte implantation industrielle européenne et de deux centres de Recherche (GRL et CRRA) au service de l’innovation Client.

Categorynet.com – CECA : un bond de performance pour un bitume aux propriétés exceptionnelles avec un polymère supra

voir aussi la référence sur Nature: de L Leibler:

http://www.nature.com/nature/journal/v451/n7181/abs/nature06669.html

Nature 451, 977-980 (21 February 2008) | doi:10.1038/nature06669; Received 14 August 2007; Accepted 11 January 2008

Self-healing and thermoreversible rubber from supramolecular assembly

Philippe Cordier¹, François Tournilhac¹, Corinne Soulié-Ziakovic¹ & Ludwik Leibler¹

1. Matière Molle et Chimie, UMR 7167 CNRS-ESPCI, Ecole Supérieure de Physique et Chimie Industrielles, 10 rue Vauquelin, 75005 Paris, France

Correspondence to: Ludwik Leibler¹ Correspondence and requests for materials should be addressed to L.L. (Email: ludwik.leibler@espci.fr).

Top of page

Rubbers exhibit enormous extensibility up to several hundred per cent, compared with a few per cent for ordinary solids, and have the ability to recover their original shape and dimensions on release of stress^{1, 2}. Rubber elasticity is a property of macromolecules that are either covalently cross-linked^{1, 2} or connected in a network by physical associations such as small glassy or crystalline domains^{3, 4, 5}, ionic aggregates⁶ or multiple hydrogen bonds^{7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16}. Covalent cross-links or strong physical associations prevent flow and creep. Here we design and synthesize molecules that associate together to form both chains and cross-links via hydrogen bonds. The system shows recoverable extensibility up to several hundred per cent and little creep under load. In striking contrast to conventional cross-linked or thermoreversible rubbers made of macromolecules, these systems, when broken or cut, can be simply repaired by bringing together fractured surfaces to self-heal at room temperature. Repaired samples recuperate their enormous extensibility. The process of breaking and healing can be repeated many times. These materials can be easily processed, re-used and recycled. Their unique self-repairing properties, the simplicity of their synthesis, their availability from renewable resources and the low cost of raw ingredients (fatty acids and urea) bode well for future applications.

 

Idem en Français: 

 

Des caoutchoucs oligomères à liaisons hydrogène auto-cicatrisants pour former un réseau élastomère 3D à partir de petites molécules et d’oligomères associés seulement par liaisons hydrogène, l’équipe de L. Leibler (CNRS/ECSPI) a utilisé un mélange d’acides gras plurifonctionnels présentant une grande variété de groupements hétéroatomiques. Après avoir pré-condensé les groupements acides par réaction avec la diéthylène triamine puis par l’urée, puis ajusté la Tg du mélange par un plastifiant, les hercheurs ont obtenu un système de faible masse molaire présentant à l’ambiante les caractéristiques d’un élastomère réticulé avec des taux de déformation réversible très élevés.
En outre cet élastomère présente des capacités remarquables d’auto-cicatrisation.

SOURCE: Actualités du CNRS, département Chimie

Pour en savoir plus : www2.cnrs.fr/presse/communique/1287.htm

www.arkema.com/sites/group/fr/press/pr_detail.page?p_filepath=/templatedata/Content/Press
_Release/data/fr/2008/080221_de_nouveaux_materiaux_aux_proprietes_exceptionnelles_grac
e_a_la_chimie_supra_moleculaire.xml