Les solvants organiques de substitution

Un autre moyen de substitution de solvants à risque dans un procédé consiste à les remplacer directement par des solvants moins dangereux [41,42]. C’est pourquoi, plusieurs «nouveaux» solvants sont apparus sur le marché au cours de la dernière décennie. [43]

D’abord, une nouvelle génération de solvants à base de polyméthylsiloxane, très volatils, à faible impact sur l’environnement a été développée par Dow Corning. Cette famille de solvants a un comportement chimique proche de celui de l’éther sans être inflammable. Il est miscible avec un grand nombre de solvants organiques et ne laisse aucune trace après évaporation. Ce produit trouve ces principales applications dans des formulations pharmaceutiques, ou comme solvant de dilution pour les adhésifs ou bien comme agent de nettoyage dans le secteur biomédical. (Annexe 1)

Aussi, le 3-Méthoxy-3-méthylbutan-1-ol (MMB), très faiblement toxique, biodégradable, sans effet sur la couche d’ozone, est doté d’un excellent pouvoir solvant. Le MMB peut être considéré comme un solvant écologique. Ce solvant remplace principalement les éthers d’éthylène glycol, et notamment les monoéthyl et monométhyl éthers concernés par

de possibles effets tératogènes. Le MMB a une large gamme d’applications : il peut être employé comme solvant pour peinture au même titre que dégraissant pour l’industrie électronique. (Annexe 1)

Enfin, de nombreuses études de substitution de solvant ont abouti à l’utilisation de solvants d’origine naturelle tels que :

- l’éthanol, et l’huile de fusel, issus de la fermentation de plantes telles que le blé, le mais ou la betterave, ont une origine renouvelable. L’huile de fusel est un produit secondaire obtenu en pied de colonne de distillation lors de la purification de l’éthanol. Il s’agit d’un mélange d’alcools à chaînes courtes (C2 à C6) alcool isoamylique, éthanol, isobutanol, isopropanol et propanol [44]

- les dérivés terpéniques, composants principaux des huiles essentielles, sont issus de différents variétés de plantes (figure 1.9)

Figure 1.9 Principaux dérivés terpéniques de différentes plantes.

Les terpènes sont utilisés essentiellement comme des agents dégraisseurs dont l'usage se répand de plus en plus. Ce sont de très bons solvants pour les graisses lourdes, les salissures huileuses et les huiles carbonisées. Le nettoyage avec des dérivés terpéniques est effectué soit par immersion, ou bien par aspersion ou encore par frottements manuels. Le recours aux ultrasons rehausse leur pouvoir nettoyant. Dans le cas où les terpènes sont

formulés dans l’eau, il est recommandé de rincer les pièces à l'eau tiède après le nettoyage [44, 45]. Cependant, les terpènes présentent des inconvénients:

- Certains d’entre eux sont classés COV [47, 48].

- Certains ayant une faible tension de vapeur nécessitent un temps de séchage prolongé [46].

- Des autres, peu solubles dans l’eau, rendent le rinçage problématique [49].

- En fin, les mélanges à base de d-limonéne remplaçant le 1,1,1-trichloroéthane, en particulier pour des opérations de dégraissage à froid, peuvent être considérés comme irritants pour les muqueuses et toxiques pour l’environnement [49,50].

Malgré son fort pouvoir solvant et sa capacité à sécher rapidement, les teneurs en d- limonène sont limitées dans les formulations du fait de sa classification dans les produits nocifs et toxiques pour l’environnement [49,50].

- Des esters, famille de solvants oxygénés que l’on peut classer en quatre catégories : les acétates, les esters d’acides dicarboxyliques (DBE), les lactates, les esters d’huile végétale.

+ Les acétates sont les esters les plus utilisés comme solvants. Ils sont souvent

mélangés à d’autres solvants, par exemple, dans les peintures et laques pour l’industrie du bois, dans les encres d’imprimerie ou dans les produits anticorrosifs. [43]

Les acétates résultent de la réaction d’un alcool avec de l’acide acétique pour donner une molécule de forme CH3-CO-O-R. On peut trouver : l’acétate de méthyle (R = CH3), l’acétate d’éthyle (R = C2H5), les acétates de n-propyle et d’isopropyle (R = C3H7) et les acétates de n-butyle et d’isobutyle (R = C4H9).

+ Les esters d’acides dicarboxyliques (connus aussi sous le nom de Dibasic Esters ou DBE) sont utilisés, notamment, en formulation de peintures ou d’encres d’imprimerie, et dans des préparations décapantes ou de nettoyage [43].

Le DBE (Dibasic Ester) ou RHODIASOLVTM est un mélange purifié de diesters méthyliques d’acides glutarique, succinique et adipique. Ce mélange a une pression de vapeur de 0.2 à 0.4 mmHg, un point éclair de 102°C et une température

traditionnels pour réduire les émissions de COV rejetés dans l’atmosphère. Son pouvoir de miscibilité avec un grand nombre de solvants organiques et sa biodégradabilité le rendent très intéressant.

+ Le lactate d’éthyle, (CH3-CH(OH)-CO-O-C2H5) est un ester hydroxylé liquide, peu volatil, combustible, soluble dans de l’eau et les solvants organiques, Il est fabriqué principalement sous la forme chirale S à partir de l’acide lactique, lui-même obtenu de sources naturelles comme l’amidon de maïs. En plus d’une utilisation comme additif alimentaire, le lactate d’éthyle trouve un usage accru, souvent sous forme de mélange avec d’autres solvants, dans le décapage de pièces peintes, le nettoyage de presses d’imprimerie, la fabrication de semi-conducteurs, ainsi que le dégraissage de pièces métalliques.

+ Les esters d’huile végétale. Même si les huiles végétales présentent l’avantage d’être biodégradables et de provenir de matières premières renouvelables, en général, elles ne sont pas utilisées en l’état car elles sont trop visqueuses. Elles subissent donc une transesterification en vue de l’application solvant.

Les esters organiques sont caractérisés par la présence d’un groupement carboxyle au sein d’une chaîne d’atomes de carbone et d’hydrogène plus ou moins longue et complexe.

R1 et R2 sont des groupes alkyles ou alkényles dans les esters dérivés d’huile végétale. Dans un ester méthylique, R1 = CH3 et R2 est une chaîne hydrocarbonée. Le nom de la molécule dépend de la longueur et du degré d’insaturation de R2.

Les esters méthyliques d’acide gras ont une structure chimique constituée d’une longue chaîne hydrocarbonée (qui contient couramment de 8 à 20 atomes de carbone) associé à une fonction ester (-COOCH3). La chaîne hydrocarbonée peut être saturée ou insaturée, et le groupe ester peut être ramifié ou linéaire.

Tableau 1.4 : Noms scientifiques et usuels des esters méthyliques d’huile végétale. Les esters méthyliques issus de l’huile de colza, de tournesol, de soja, ou de coprah ainsi obtenus ont un pouvoir solvant comparable à celui des produits issus du pétrole. Ils ne contiennent pas de composés organiques volatils (COV) dont les émissions dans l’atmosphère nuisent à l’environnement. En étant non irritants, non cancérigènes et ininflammables, ces solvants ne représentent pas de dangers pour les utilisateurs [51] Les applications potentielles de ces produits ont été étudiées dans le programme VOFAPro « Vegetable oils and their fatty acid esters as substitutes for organic solvents in industrial processes » qui a été financé par l’Union Européenne. Ces produits se sont révélés être des solvants de nettoyage des encres sur des surfaces métalliques, etc. [52].

A échelle industrielle, on peut donner des exemples d’utilisation des esters méthyliques d’huile végétale en tant que solvants. En mars 2000, le naufrage de l’Erika sur les côtes du Morbihan a fortuitement ouvert une nouvelle application aux esters méthyliques d’huile végétale (EMHV). Grâce à leur pouvoir solvant, ces molécules ont d’abord été utilisées pour nettoyer les plages, puis pour fluidifier le pétrole prisonnier de l’épave avant

son pompage. Les tests menés auparavant avaient démontré leur efficacité et leur innocuité pour l’environnement.

Chacun de ces solvants est adapté à un type d’application particulier.

Les connaissances actuelles ne permettent pas de satisfaire l’ensemble des cahiers de charges concernant le nettoyage de surface, d’où la nécessité d’études complémentaires pour développer de nouvelles formulations de molécules associées à de nouvelles technologies.