Le ruban adhésif serait-il devenu encore plus performant ? De nouveaux super-adhésifs semblent le confirmer.
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Rien n’est plus agaçant qu’un adhésif qui refuse de coller. Mais un adhésif qui refuse de se décoller quand on n’en a plus besoin est tout aussi agaçant.
Des chercheurs de Virginia Tech ont mis au point deux nouveaux adhésifs destinés à résoudre ces deux problèmes. Développés par deux équipes de chimistes distinctes, l’un de ces adhésifs est quatre fois plus résistant que les adhésifs commerciaux utilisés dans les rubans adhésifs, tout en se dissolvant en quelques minutes avec de l’eau légèrement alcaline. L’autre est un ruban dont l’adhésif et le support plastique sont recyclables ensemble.
La plupart des adhésifs sensibles à la pression sont composés de polymères, de longues chaînes d’unités moléculaires répétitives qui s’enchevêtrent. Selon leur composition chimique et leur structure, ces chaînes enchevêtrées peuvent donner naissance à une grande variété de matériaux, des plastiques rigides aux caoutchoucs extensibles, et, dans ce cas précis, à des adhésifs. Ces matériaux sont omniprésents : ils permettent de maintenir les emballages, de fixer les étiquettes sur les bouteilles, de maintenir les pansements médicaux et d’accrocher des posters aux murs de nombreuses chambres.
Or, cette adhérence engendre des problèmes en fin de vie du produit.
Les rubans adhésifs classiques combinent généralement plusieurs matériaux chimiquement différents, notamment un support plastique, un adhésif et divers additifs. Même après leur retrait, les résidus de colle peuvent rendre le recyclage de matériaux comme le carton difficile, voire impossible. Se pose également le problème du ruban qui adhère difficilement ; c’est ce qui arrive lorsqu’on essaie de décoller une étiquette et qu’on finit par arracher des bandes irrégulières.
« Nous voulons que ce matériau soit utile pendant son utilisation, mais qu’une fois hors d’usage, il disparaisse », explique Josh Worch, professeur adjoint de chimie à Virginia Tech. « Nous concevons chaque nouveau matériau en tenant compte de sa fin de vie. »
Des chercheurs allemands avaient déjà mis au point une technique d’emballage papier sans adhésif, mais celle-ci ne résout que la partie du problème liée à l’emballage. Les solutions de Virginia Tech visent à intégrer la capacité de décomposer directement la structure moléculaire de l’adhésif.
Les rubans adhésifs classiques associent un matériau adhésif à un support généralement différent, le plus souvent un film plastique ou du papier. Ainsi, même avec un adhésif biodégradable, le support reste présent. Pour remédier à ce problème, Worch et son équipe ont créé ce que les chercheurs appellent un ruban « monomatériau », composé de deux couches physiquement différentes mais reposant sur une chimie très proche, bien qu’elles remplissent des fonctions très différentes.
Pour étudier la dégradabilité, les chercheurs sont partis de l’acide lipoïque, un composé soufré naturel présent dans des aliments comme le brocoli et les épinards. Ils l’ont utilisé pour fabriquer des polymères de très grande taille, naturellement collants, puis ont ajusté avec précision la quantité d’acide afin d’optimiser deux propriétés essentielles des adhésifs : l’adhérence, c’est-à-dire la force avec laquelle le matériau adhère à une autre surface, et la cohésion, ou la capacité de l’adhésif à se maintenir entre lui-même.
L’adhésif obtenu aurait une force d’adhérence supérieure à celle des rubans adhésifs haute résistance. Plus important encore, le support et l’adhésif peuvent être recyclés ensemble en fin de vie. Une réaction chimique douce, durant quelques heures, décompose les deux couches en leurs composants d’origine, qui peuvent ensuite servir à fabriquer un nouveau ruban adhésif.
Une seconde équipe, dirigée par le professeur de chimie John Matson, a adopté une approche différente pour les adhésifs dégradables, en utilisant des polymères dits « en brosse » . Ces polymères possèdent un squelette moléculaire central auquel s’étendent des chaînes latérales, à la manière des poils d’une brosse à biberon, mais à l’échelle moléculaire. Les chercheurs ont lié des molécules d’une huile visqueuse et d’un gaz pour produire une nouvelle variante de ce polymère, obtenant ainsi une pâte transparente et malléable à la consistance similaire à celle de la pâte adhésive.
Ils en ont ensuite fait un ruban adhésif, l’ont appliqué sur une surface et ont mesuré la force nécessaire pour le décoller.
Regina Ham, doctorante et chercheuse, travaille avec un polymère en forme de goupillon. Syd Morgan pour Virginia Tech
Les chercheurs ont déclaré avoir d’abord été incrédules en découvrant que l’adhésif était « quatre fois plus résistant que les adhésifs commerciaux utilisés dans le ruban adhésif toilé ». Mais il s’agissait de la résistance au pelage. Pour tester plus en profondeur l’adhérence de l’adhésif, l’équipe a attaché des cordes aux extrémités de deux bandes de ruban adhésif, a collé les bandes ensemble et a organisé un tir à la corde entre étudiants et professeurs. La corde a cassé avant que l’adhésif ne cède !
Ce matériau résout le problème de la force d’adhérence, mais pourrait aggraver de façon catastrophique celui de sa fin de vie : lorsque l’on ne souhaite plus que le ruban adhésif soit collant. Pour éviter cela, les chercheurs ont doté l’adhésif d’un système de dégradation. Il suffit de l’imbiber d’eau légèrement alcaline pour que le polymère commence à se dégrader et disparaisse en quelques minutes. En résumé, un ruban à la force herculéenne capable de se transformer instantanément en ruban adhésif ultra-résistant.
Cependant, contrairement à l’adhésif recyclable de l’équipe Worch, qui peut être décomposé en ses composants d’origine, l’adhésif à base de polymères en forme de goupillon s’arrête à la dégradabilité. On peut lui faire perdre son pouvoir adhésif, mais il est impossible de lui redonner sa structure chimique initiale.
Les deux équipes discutent actuellement des moyens de combiner leurs résultats, en associant l’adhésif dégradable plus résistant à un support entièrement recyclable.
Pour l’instant, ces matériaux restent au stade de la recherche, et l’université n’a annoncé ni produit commercial ni date de lancement. Néanmoins, les projets, détaillés dans les revues Advanced Functional Materials et Angewandte Chemie International Edition , semblent avoir résolu simultanément deux problèmes contradictoires liés aux rubans adhésifs classiques, avec l’avantage considérable de la recyclabilité pour l’un des matériaux.