L’utilisation d’adhésifs issus de matériaux renouvelables dans les composites à base de bois, et en particulier dans l’industrie des panneaux, suscite beaucoup d’intérêt depuis de nombreuses années. Aujourd’hui, des résines pétro-sourcées comme l’Urée-Formaldéhyde (UF), la Mélamine Urée-Formaldéhyde (MUF) ou encore le Phénol-Formaldéhyde (PF), se sont imposées face aux résines bio-sourcées et ce depuis le début du XXème siècle par leur efficacité, mais surtout leur faible coût supporté par le développement des industries pétrochimiques. Cependant, avec le déclin programmé du pétrole et la sensibilité croissante du public face aux problématiques environnementales, de nombreux industriels se tournent de plus en plus vers des voies alternatives aux résines pétro-sourcées. Parmi les pistes alternatives étudiées, outres les résines bio-sourcées à base de soja, les lignines représentent un type de polymères qui semblent susciter un regain d’intérêt comme sources d’adhésif. En effet, les lignines, que l’on retrouve notamment dans le bois, constituent l’adhésif naturel des plantes supérieures et sont situées principalement au niveau des parois cellulaires où elles assurent la cohésion entre les fibres et la rigidité de l’ensemble de l’architecture végétale. De plus, leur structure polyphénolique leur permet une réactivité similaire à celle observée chez les résines phénoliques d’origines pétrosourcées. La transition de l’industrie papetière vers des unités de bio-raffinage, où les coproduits de la mise en pâte telles que les lignines seront mieux valorisées et le développement rapide de la chimie verte où les « déchets » de l’industrie du bois, tels que les écorces, seront eux aussi mieux utilisés sont autant de facteurs qui pourraient favoriser le développement de nouveaux adhésifs bio-sourcés dans les prochaines années. L’objectif de ce projet était de déterminer le potentiel de valorisation des écorces d’érable rouge, Acer rubrum, et d’érable à sucre, Acer saccharum, par le truchement des lignines qu’elles contiennent en d’en faire une source de production d’adhésifs naturels destinées à des panneaux de particules de bois exempts de formaldéhyde. Ces lignines ont été à la base de différentes formulations de résines dont l’une s’est révélée plus efficace comme adhésif comparativement à certaines résines pétro-sourcées. / The use of adhesives from renewable materials in wood composites, particularly in the panel industry, has been a subject of interest for many years. Nowadays, the main petrochemical resins used such as Urea-Formaldehyde (UF), Melamine Urea- Formaldehyde (MUF) or even Phenol-Formaldehyde (PF), stood out versus natural resins in the early XXth century by their efficiency, but especially their low cost carried by the development of the petroleum industries. However, with the programmed shortage of oil, and the increasing sensitivity of the public towards environmental issues, more and more manufacturers are looking for alternatives to the pretrochemical resins. Among these studied alternatives, except the soya-based adhesives, lignins are a type of polymer that raised an interest as adhesive. Indeed, inside the wood, lignins are the natural adhesive of superior plants and are mainly located in wood cells where they bind fibers and maintain the rigidity of the whole plant architecture. Moreover, their polyphenol structure allows a similar reactivity to what is observed with petrochemical resins. The transition from paper mills to biorefinery units, where the co-products of pulping such as lignin are valued and the rapid development of green chemistry where the "wastes" of the wood industry, such as barks, are used, are all factors that suggest the growth of these new bio-sourced adhesives in the upcoming years. The objective of this project was to study the potential valorization of the red maple, Acer rubrum, and sugar maple, Acer saccharum, barks by the recovery of their lignins and to use them as a source of bioadhesive for wood panels free of formaldehyde. Based on these lignins, different resins were developed, one of which proved to be more successful than some petrochemical ones

Les adhésifs thermodurcissables pour panneaux composites en bois sont en général de source fossile, non renouvelable. L’utilisation d’un adhésif à base de soya permet non seulement d’utiliser un matériau de source renouvelable, mais également de séquestrer du carbone lors de la croissance du végétal. Le furfural est aussi de source renouvelable. Son utilisation permet de réduire les émanations en formaldéhyde des panneaux. Les résines synthétisées au cours de ces travaux furent de type furfural-phénol-formaldéhyde (FuPF) et FuPF + Soya furfurilé (SoyFu). Ces résines ont d’abord été testées comme adhésifs pour panneaux de particules au chapitre trois. La SoyFu a également été mélangée à une résine diisocyanate de diphénylméthane polymérique, à des tanins réticulés à l’hexamine et à une résine FuPF. Ces trois copolymères se sont avérés de bons choix et ont donné de bons panneaux. La SoyFu a été caractérisée en FT-IR et RMN 13C. L’analyse FT-IR a permis de conclure que le furfural avait bien réagi avec le soya. Au chapitre quatre, des panneaux de lamelles non orientées monocouches ont été fabriqués avec les résines FuPF, FuPF + SoyFu (proportions 50/50) et une phénol-formaldéhyde (PF) commerciale. Des temps de pressage courts ont été utilisés, ce qui a permis de conclure en l’importance d’utiliser un adhésif spécifique pour la couche de centre des panneaux de lamelles. Une étude a également été faite sur la résine SoyFu afin d’optimiser sa formulation. Les tests en cisaillement ont démontré qu’il était préférable d’utiliser un adhésif SoyFu contenant de 50 à 100% de furfural (vs soya) et un pH élevé. Au chapitre cinq, les mêmes résines ont été utilisées comme adhésifs pour couches de surface dans des panneaux de lamelles non orientées tricouches. La résine FuPF a démontré un potentiel égal à la PF mécaniquement. La résine FuPF + SoyFu fut inférieure. La résine FuPF a démontré une meilleure résistance à la dégradation thermique. Les analyses de spectrométrie de masse MALDI-TOF ont permis de démontrer que le furfural, le phénol et le formaldéhyde ont réagi pour former un polymère FuPF. Tous les tests de dégagement de formaldéhyde étaient en dessous du seuil limite de détection. / Thermoset adhesives for wood composite panels are generally from fossil, non-renewable resources. The use of soybean allows using a material from renewable resources that stores carbon during its growth. Furfural is also from renewable resources. Its use allows reducing formaldehyde emission of panels when it is used in resins. The resins synthesized during the present works were a furfural-phenol-formaldehyde (FuPF) and a FuPF + Furfurilized soybean (SoyFu). These resins have first been tested in particleboard manufacturing. The SoyFu resin has been mixed with a polymeric methylene diphenyl diisocyanate (pMDI) resin, a hexamine cross-linked tannin resin and the FuPF. These three copolymers happened to be good choices and resulted in good particleboards. The SoyFu resin has been characterized with FT-IR and 13C NMR spectroscopy and the FT-IR analysis proved that the furfural formally reacted with soybean. In chapter four, single layer randomly oriented strand boards have been made using the FuPF, the FuPF + SoyFu (50/50 proportions) and a commercial phenol-formaldehyde (PF) resins. A short pressing time has been used and it allowed concluding in the importance of using a specific core adhesive for that kind of panel. A study to optimize the SoyFu resin has also been undertaken in this chapter. Shearing tests showed that it is better to use a high pH with a large amount of furfural (50 to 100% vs. soybean). In chapter five, the same resins have been used as face adhesives in three layers randomly oriented strand boards making. 3% of powder PF resin was sprayed in the core layer of all panels. The FuPF resin showed the same mechanical performance as the commercial PF while the FuPF + SoyFu showed inferior performance. The FuPF has been proven to be more resilient to thermal degradation after thermogravimetric analysis. MALDI-TOF mass spectrometry analysis showed that the furfural, the phenol and the formaldehyde react all with each other to form a FuPF polymer. All formaldehyde emission tests were under the detection limit of our method, the desiccator one.