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.

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

L'industrie mondiale de la construction représente près de 40 % des émissions annuelles de gaz à effet de serre, contribuant de manière significative à l'empreinte carbone de la planète et exerçant un impact indéniable sur les changements climatiques. Pour remédier à cette problématique, l'une des stratégies préconisées consiste à accroître l'utilisation du bois dans la construction des bâtiments. En tant que ressource renouvelable, le bois, exploité de manière durable au Québec, offre la possibilité de capturer temporairement du carbone dans les structures. Cet accroissement de l'utilisation du bois est possible grâce à une technologie innovante : le bois lamellé-croisé. Cette technologie est associée à deux avantages majeurs : une efficacité énergétique accrue et une réduction notable des déchets de chantiers. Cependant, les adhésifs utilisés dans la fabrication des panneaux de bois lamellé-croisé sont des adhésifs synthétiques qui, bien qu'efficaces pour les structures en bois, reposent largement sur l'utilisation de matériaux d'origine fossile, notamment le formaldéhyde, une substance classée comme cancérogène pour l'homme et les animaux par l'Organisation mondiale de la santé. Depuis 2021, des réglementations plus strictes ont été mises en place grâce au "Règlement sur les émissions de formaldéhyde provenant des produits de bois composite", en vertu de la Loi canadienne sur la protection de l'environnement. De plus, la nature non fusible et non recyclable des adhésifs pétrochimiques a un impact significatif sur la fin de vie du bois lamellé-croisé. Par conséquent, il devient impératif de développer des adhésifs biosourcés destinés à la construction en bois. Ce projet vise à résoudre ces problématiques en développant des adhésifs biosourcés adaptés aux produits d'ingénierie en bois, notamment le bois lamellé-croisé, afin d'améliorer leur empreinte environnementale. La stratégie choisie se concentre sur le développement d'adhésifs polyuréthane, composés d'un isocyanate et d'un polyol. Ces adhésifs, exempts de formaldéhyde, confèrent une durabilité exceptionnelle aux panneaux de bois par rapport aux adhésifs synthétiques, mais ils sont souvent préparés à partir de matières premières pétrosourcées. Dans le cadre de ce projet, différentes stratégies ont été élaborées et étudiées pour réduire la dépendance des adhésifs aux composés pétrosourcés tout en préservant les propriétés des adhésifs structurels. À cette fin, les protéines, en tant que macromolécules biologiques, ont été sélectionnées. Abondantes, non toxiques et renouvelables, les protéines sont également capables d'améliorer l'adhérence des adhésifs au bois. Dans la première phase de ce projet, des protéines ont été extraites de coproduits industriels québécois et intégrées à la formulation d'adhésifs polyuréthanes en remplacement du polyol, à différents taux de substitution. L'incorporation de protéines dans les formulations d'adhésifs polyuréthanes s'est avérée bénéfique pour les propriétés mécaniques des divers adhésifs. Ensuite, une substitution partielle de l'isocyanate par un isocyanate partiellement biosourcé a été réalisée, et cela en plus de la substitution du polyol. Cette étape s'est révélée critique pour les performances mécaniques, les impactant significativement, et a démontré l'importance de la structure de l'isocyanate. Enfin, une substitution majeure du polyol a été effectuée avec des protéines laitières. Cette démarche a conduit à la création d'un adhésif biosourcé, conformément à la certification BioPreferred® du ministère de l'Agriculture des États-Unis, qui présente une résistance mécanique améliorée et une meilleure résistance à la délamination par rapport à son homologue pétrochimique. De plus, cet adhésif biosourcé a démontré une capacité de biodégradation, contribuant ainsi à potentiellement améliorer le cycle de vie du bois lamellé-croisé. / The global construction industry accounts for almost 40% of annual greenhouse gas emissions, making a significant contribution to the planet's carbon footprint and exerting an undeniable impact on climate change. One of the recommended strategies for tackling this problem is to increase the use of wood in building construction. As a renewable resource, sustainably harvested wood in Quebec offers the possibility of temporarily capturing carbon in structures. This increase in the use of wood is made possible by an innovative technology: cross-laminated timber. This technology is associated with two major advantages: increased energy efficiency and a significant reduction in construction site waste. However, the adhesives used in the manufacture of cross-laminated wood panels are synthetic adhesives which, while effective for wood structures, rely heavily on the use of materials of fossil origin, including formaldehyde, a substance classified as a human and animal carcinogen by the World Health Organization. Since 2021, stricter regulations have been put in place thanks to the "Formaldehyde Emissions from Composite Wood Products Regulations" under the Canadian Environmental Protection Act. In addition, the non-fusible, non-recyclable nature of petrochemical adhesives has a significant impact on the end-of-life of cross-laminated timber. It is, therefore, imperative to develop bio-based adhesives for wood construction. This project aims to address these issues by developing biobased adhesives adapted to engineered wood products, particularly cross-laminated timber, to improve their environmental footprint. The chosen strategy focuses on the development of polyurethane adhesives, composed of an isocyanate and a polyol. These formaldehyde-free adhesives give wood panels exceptional durability compared with synthetic adhesives, but they are often prepared from petroleum-based raw materials. In this project, different strategies were developed and investigated to reduce the dependence of adhesives on petroleum-based compounds, while preserving the properties of structural adhesives. To this end, proteins, as biological macromolecules, were selected. Abundant, no toxic, and renewable, proteins are also capable of improving the adhesion of adhesives to wood. In the first phase of this project, proteins were extracted from Quebec industrial co-products and incorporated into polyurethane adhesive formulations to replace polyol, at different substitution rates. The incorporation of proteins into polyurethane adhesive formulations proved beneficial for the mechanical properties of the various adhesives. Next, a partial substitution of the isocyanate by a partially biobased isocyanate was carried out, in addition to the substitution of the polyol. This step proved critical for mechanical performance, significantly impacting it, and demonstrated the importance of isocyanate structure. Finally, a major polyol substitution was carried out with dairy proteins. This led to the creation of a biobased adhesive, in compliance with the US Department of Agriculture's BioPreferred® certification, with improved mechanical strength and better delamination resistance than its petrochemical counterpart. In addition, this biobased adhesive has been shown to biodegrade, which could help improve the life cycle of cross-laminated timber.