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MÉTHODE DE FABRICATION DE FILMS ÉTIRABLES BIODÉGRADABLES
L'invention se rapporte au domaine de la fabrication d'un film plastique
biodégradable ou compostable.
L'innovation se rapporte surtout au marché du film de palettisation
industrielle et
d'emballage alimentaire, où la force de glissement de ce film est un paramètre
clef
de fonctionnalité.
Les films décrits peuvent aussi être utilisés dans le domaine agricole en tant
que
films d'enrubannage (notamment de fourrages) ou d'ensilage, pour emballer et
protéger des produits agricoles (fourrages, balles de foin...).
Il est rappelé qu'une matière plastique ou en langage courant un plastique,
est un
mélange contenant une matière de base (un polymère ou un mélange de
polymères) qui est susceptible d'être moulé, façonné, en général à chaud et
sous
pression, afin de conduire à un semi-produit ou à un objet. Dans le cas
présent, les
monomères et polymères utilisés pour la production des films et les adjuvants
(éléments ajoutés à ces monomères et polymères) sont susceptibles d'être
biodégradés ou compostés, cette propriété étant ainsi étendue aux films.
En particulier, le film décrit ici est étirable et compostable
industriellement, et
présente des performances élevées :
- Sur l'aspect d'adhérence : c'est l'effet cling , qui se caractérise par
le
pelage (Peel strength), mesuré selon ASTM D-5458 et le glissement (Lap
strength), mesuré selon ASTM-D-1894
- Sur les propriétés mécaniques, notamment l'allongement
à rupture, mesuré
selon ISO 527.
- Sur les performances de biodégradation.
La Directive SUP (Single Use Plastic) prévoit l'interdiction totale des
plastiques à
usage unique d'ici 2040, et la réglementation vise à inciter à remplacer ces
plastiques par des matières alternatives qui disposent d'une filière de
recyclage
opérationnelle et qui permettent une réduction des impacts environnementaux, y
compris sur la biodiversité, appréciée en privilégiant une analyse du cycle de
vie
comparée par rapport aux impacts de l'emballage en plastique à usage unique
auquel ces alternatives se substituent.
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De plus, la gestion des biodéchets deviendra de plus en plus importante dans
les
prochaines années, visant à la valorisation organique des déchets biologiques
par
compostage industriel notamment, tant au niveau des industriels que des
particuliers.
Les bioplastiques, matériaux issus de produits d'origine végétale, et
compostables
permettent de:
- Préserver la biodiversité, par exemple en permettant le retour rapide du
carbone au niveau des sols, comme le suggère l'initiative 4/1000 de la
COP21
- Limiter l'emploi de ressources fossiles, étant constitués en majorité de
carbone végétal, se renouvelant chaque année au rythme des récoltes,
- Etre biodégradables intrinsèquement, évitant ainsi la pollution durable des
mers et des océans.
Ainsi, il est donc intéressant de développer des alternatives bioplastiques
aux films
actuellement utilisés pour les palettes et l'ensilage : ces films doivent être
étirables,
mais aussi collants ou adhésifs, c'est-à-dire qu'il convient que le film
puisse
adhérer sur lui-même lors de l'application (sur les palettes ou balles
d'ensilage).
Le marché du film étirable s'élève à plus de 15 MT/an, avec les technologies
d'extrusion à plat (ou cast ) (70 h) ou d'extrusion gonflage ( blown )
(30%).
Ces films peuvent être multicouches (75%) ou monocouche (25%), et l'on
distingue 3 marchés principaux :
- Les films agricoles d'ensilage et d'enrubannage (épaisseurs généralement
entre 20 et 80 pm), où il est important d'avoir un équilibre entre le Peel et
le
Lap. On peut mentionner les films destinés à emballer des balles ou à des
films de bâche d'ensilage (pour la couverture de tas de fourrage) ; ces films
ont préférentiellement des propriétés anti-UV.
- Les films de palettisation industrielle (épaisseurs généralement entre 15 et
40 pm)
- Les films alimentaires (épaisseurs généralement entre 5 et 15 pm) ;
la force
de glissement est la caractéristiquelaplus importante pour ces deux
dernières applications
Les films étirables traditionnels sont constitués de 2 familles de polymères :
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- Les films à base de polyéthylène(PE), surtout sur le marché agricole et la
palettisation industrielle
- Les films àbase de polychlorure de vinyle (PVC), très présent sur
l'emballage alimentaire, en particulier à très faible épaisseur (entre 5 et 9
Pm)-
Les films à base de polyéthylène(PE)sont principalement basés sur du
polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE) ou du polyéthylène métallocène
(mPE), les premiers présentant une résistance à la rupture plus importante. On
doit généralement ajouter du Pl B (PolylsoButylène) pour obtenir les
caractéristiques requises de force d'adhésion (effet cling ).
On peut retenir au niveau fonctionnalité pour des films réalisés par extrusion
gonflage :
- Taux d'additivation en Pl B compris entre 4 et 10 %
- Résistance à la rupture : vers 30 MPa pour taux de gonflage (TG) de 2
- Module de Young : compris entre 120 et 200 MPa (sens machine SM et
sens travers ST)
- Force de Pelage (Peel strength) : entre 6 et 10 N/m à 25 C pour 6% de
PI B
- Force de glissement (Lap strength) : vers 6 N/25 mm à 5% de Pl B
Ces valeurs sont particulièrement adaptées pour les films industriels.
Toutefois, ni le polymère (PE) ni l'additif PIB ne sont biodégradables ou
compostables.
Les films étirables à base de PVC nécessitent l'ajout d'additifs choisis en
particulier
dans 2 grandes familles :
- Les phtalates , tels que le DOTP (ou DEHT- [(bis(2-
ethylhexyl)
téréphtalateD, comme par exemple les produits commerciaux Palatinol
(BASF) ou Adoflex (GrupaAzoty)
- Les adipates tels que le DEHA ([di-2-ethyl hexyladipate]), avec
notamment les produits Adimoll (Lanxess) ou Plastomoll (BASF).
Ils sont incorporés en grandes quantités, seuls ou en mélange. Généralement,
les
additifs phtalates permettent d'obtenir des performances fonctionnelles
bien
supérieures à celles obtenues avec des additifs adipates (DEHA).
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Il existe une classe de polyesters biodégradables dont les propriétés
mécaniques
sont a priori adaptées à la réalisation de films étirables : ce sont les PBAT
(Poly
Butylène co-Adipate-co-Téréphtalate, copolyester d'acide adipique, de 1,4-
butanediol et d'acide téréphtalique). Il s'agit de copolyesterstatistique car
il n'y a
pas de contrôle de la dispersion des longueurs de chaîne du polymère ou de la
structuration des blocs dans les réactions de copolymérisation, ni de
sélectivité
pour que les polyesters réagissent avec eux-mêmes ou entre eux lors de la
préparation.
Parmi les PBAT du commerce, on peut citer le produit de BASF (EcoFlex0 F Blend
C1200) ou le produit de Kingfa (référence KD1024). Ces matériaux peuvent aussi
être biosourcés, comme le produit de Kingfa(référence KD1023), contenant
environ 38 % de carbone végétal.
On peut retenir sur ces matériaux les performances notables suivantes pour des
films de 50 pm :
- Allongement à la rupture : entre 500 et 800 %
- Module de Young : vers 100 MPa
Malheureusement, leurs propriétés cling ne sont pas suffisantes pour une
utilisation en film étirable (industriel ou alimentaire). On précise ci-
dessous, les
valeurs comparatives entre l'Ecoflex0 F Blend C1200 et des films étirables
commerciaux non-biodégradables sur la force de glissement (Lap strength) :
- Ecoflexe F Blend C1200 : 2,2 N/25mm (film sur film) ;
1,1 N/25mm (film sur
acier)
- Film PVC :4,1 N/25mm (film sur film) ; 1,7 N/25mm (film
sur acier)
- Film PE (90 % LLDPE + 10 % PIB) : 5,3 N/25mm (film sur
film)
Gan et al (Polymer Degradation and Stability 87(1):191-199) décrivent la
préparation de films de poly(butylene)adipate.
JP2014005435 décrit une résine à base de d'acide polylactique, de polyester
aliphatique aromatique biodégradable de plastifiant à base d'ester d'acide
adipique.
La présente demande est basée sur l'ajout d'un polyadipate constitué d'un
polyester d'acide adipique avec un diol ou un mélange de diols en C3-C4 (en
particulier un polyester d'acide adipique avec du 1,3-butanediol, 1,2-
propanediol et
optionnellement aussi du 2-ethy1-1-hexanol, CAS Number : 73018-26-5) à un
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copolyester aliphatique et/ou un copolyester aliphatique-aromatique (c'est-à-
dire
un mélange d'au moins un copolyester aliphatique et d'au moins un copolyester
aliphatique-aromatique). Généralement toutefois, on mélange le polyadipate à
un
seul type de copolyester, et même à un seul copolyester. Cet additif (qui peut
être
désigné comme polyadipate dans la présente demande) permet
- d'augmenter les propriétés cling des films pour leur utilisation en
étirable biodégradable en particulier par l'augmentation de la force de
glissement (Lap strength), un effet observé lorsque le polyadipate est
présente entre 1 et 20 % (bornes incluses) w/w (poids sur poids) dans la
couche
- d'agir comme un plastifiant pour ces copolyesters (diminution de la Tg,
température de transition vitreuse mesurable en DSC)
- d'améliorer ou de maintenir la biodégradabilité, notamment par diminution
de l'hydrophobicité : ainsi, le polyadipatepeut augmenter la cinétique de
biodégradation du polymère, en diminuant l'hydrophobicité du polymère.
L'invention se rapporte ainsi à un film plastique, caractérisé en ce qu'il
contient une
couche contenant un copolyester aliphatique et/ou un copolyester aliphatique-
aromatique et entre 1 et 20% (en masse) d'un polyadipate constitué d'un
polyester
d'acide adipique avec un diol ou un mélange de diols en C3-04. Le terme un
polyadipate constitué d'un polyester d'acide adipique avec un diol ou un
mélange
de diols en C3-C4 désigne l'utilisation d'un seul polyadipate ou d'un
mélange de
polyadipates. Ainsi, dans un mode de réalisation particulier, on utilise un
seul
polyadipate constitué d'un polyester d'acide adipique avec un diol ou un
mélange
de diols en 03-C4. Dans un autre mode de réalisation, on utilise un mélange de
polyadipates constitués d'un polyester d'acide adipique avec un diol ou un
mélange de diols en C3-C4.
Ainsi que montré par les exemples, ce film peut être biodégradable ou
compostable, en particulier lorsque le copolyester aliphatique et/ou
copolyester
aliphatique-aromatique est compostable ou biodégradable. Il est également
étirable (effet cling ), et présente aussi des propriétés adhésives. Par
ailleurs,
les exemples montrent que le polyadipate peut être considéré comme agissant en
tant que plastifiant pour le copolyester aliphatique et/ou copolyester
aliphatique-
aromatique.
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Par biodégradable , on entend dans le cadre de la présente invention toute
dégradation biologique, physique et/ou chimique, au niveau moléculaire, des
substances par l'action de facteurs environnementaux (en particulier des
enzymes
issues des processus de métabolisme des microorganismes). De nombreuses
définitions ont été adoptées concernant la biodégradation (ISO 472-1998, ASTM
sous-comité D20-96, DIN 103.2-1993), en fonction des organismes de
normalisation, des techniques de mesure de la biodégradabilité et du milieu de
dégradation. Un consensus s'est toutefois dégagé pour dire que la
biodégradation
peut être définie comme étant la décomposition de matières organiques en gaz
carbonique, eau, biomasse et/ou méthane sous l'action de micro-organismes
(bactéries, enzymes, champignons).
On peut ainsi citer la norme EN 13432 qui définit les exigences relatives aux
emballages valorisables par compostage et biodégradation. Les critères
d'évaluation au sens de ladite norme sont les suivants :
- le matériau soumis à l'essai doit contenir un minimum de 50% de solides
volatils
- la concentration des substances toxiques et dangereuses identifiées dans
la
norme (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Hg, Cr, Mo, Se, As, Fe) doit être inférieure au
seuil
indiqué dans cette norme
- la biodégradabilité doit être déterminée pour chaque matériau d'emballage
ou
chaque constituant organique significatif du matériau d'emballage, par
significatif
on entend tout constituant organique représentant plus de 1% de la masse à sec
de ce matériau
- la proportion totale de constituants organiques dont la biodégradabilité
n'est pas
déterminée ne doit pas dépasser 5%
- chaque matériau soumis à l'essai doit être biodégradable de façon inhérente
et
ultime comme démontré par les essais en laboratoire (identiques à celui de
l'ISO
14851 : 1999 et 14852 : 1999) et doit être conforme aux critères et aux
niveaux
d'acceptation suivants : en milieu aérobie, le pourcentage de biodégradation
du
matériau d'essai doit être égal à 90% au total au moins ou à 90% de la
dégradation maximale d'une substance de référence appropriée une fois qu'un
plateau a été atteint tant pour le matériau d'essai que pour la substance de
référence (par exemple cellulose). La durée de l'essai doit être au maximum de
6
mois.
- chaque matériau soumis à l'essai doit se désintégrer au cours d'un
processus
biologique de traitement des déchets : après un processus de compostage de 12
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semaines au plus, un maximum de 10% de la masse sèche initiale du matériau
soumis à un essai de tamisage peut faire l'objet d'un refus pour un vide de
maille
de 2 mm
- le compost final doit satisfaire aux exigences européennes ou à défaut aux
exigences nationales relatives à la qualité du compost.
Ainsi, dans le cadre de la présente invention, un matériau biodégradable ou
compostableest entendu comme un matériau se décomposant selon la définition
donnée ci-dessus.
Le polyadipate utilisé est obtenu par estérification de l'acide adipique et
d'un diol
en 03-C4 ou d'un mélange de diols en C3-C4.
Il est rappelé que la formule de l'acide adipique est
0
OH
HO
O
Un diol en C3-C4 est une molécule contenant 3 ou 4 atomes de carbones et
présentant 2 fonctions alcool. On utilise préférentiellement un diol saturé
(sans
doubles liaisons) de telle sorte que le produit d'estérification soit
également saturé.
On peut ainsi citer le propane 1,2-diol, le propane 1,3-diol, le butane 1,2-
diol, le
butane 1,3-diol ou le butane 1,4-diol. Ces composés sont préférés dans le
cadre
de la préparation du polyadipate utilisé dans le cadre de la mise en oeuvre de
l'invention. Le 1,3-butanediol, le 1,2-propanediol et leurs mélanges sont
particulièrement adaptés.
Il est rappelé que la réaction d'estérification permet d'obtenir un groupe
fonctionnel
ester R1-000-R2 est obtenu par condensation d'un groupe acide carboxylique
R1-COOH (porté par l'acide adipique) et d'un groupe alcool R2-OH (porté par le
diol ou mélange de diols en C3-04).
Il est aussi possible d'ajouter un autre alcool de chaîne principale en C1-C10
(bornes incluses), de préférence en C3-C6 lors de la réaction
d'estérification. En
particulier, on peut utiliser le 2-ethy1-1-hexanol lors de cette réaction
d'estérification. Ainsi, le diol ou mélange de diols peut contenir d'autres
molécules
portant des fonctions alcool. Elles ne sont pas présentes à plus de 25%, de
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préférence à plus de 20% en poids par rapport aux diol ou mélange de diol en
C3-
C4.
Dans un mode de réalisation préféré, la viscosité du polyadipateest comprise
entre
800 et 1200 cPoises à 25 C, de préférence environ (+/- 5%) 1000 cPoises.
Dans un mode de réalisation préféré, le polyadipate a une masse molaire
inférieure à 5000 g/mol.
Ainsi, dans un mode de réalisation particulier, le polyadipate utilisé a été
obtenu
par estérification de l'acide adipique avec un mélange de 1,3-butanediol, 1,2-
propanediol et de 2-ethy1-1-hexanol.
Dans un mode de réalisation préféré, le copolyester aliphatique et/ou
copolyester
aliphatique-aromatique est à haut poids moléculaire, sa masse moléculaire
étant
notamment supérieure ou égale à 30000 g/mol, préférentiellement supérieure ou
égale à 50000 g/mol. De préférence, le copolyester aliphatique et/ou
copolyester
aliphatique-aromatique est formé par estérification d'un ou plusieurs diol en
C3 ou
C4 (en particulier le butane 1,4-diol), et d'un ou plusieurs diacides
présentant 5 ou
plus atomes de carbone entre les deux fonctions acides (en particulier l'acide
adipique). On utilise préférentiellement plusieurs diacides dont l'acide
adipique
pour la réaction d'estérification.
On peut ainsi citer, en tant que copolyester aliphatique-aromatique, les
copolyesters obtenus à partir d'un ou plusieurs diol en C3 ou C4, d'un diacide
présentant un cycle aromatique,etd'un diacide aliphatique présentant au moins
5
(ou au moins 6) atomes de carbone entre les deux fonctions acides (en
particulier
l'acide adipique (en C6), mais aussi l'acide azélaïque (en C9), l'acide
sébacique
(en C10) oul'acide brassilique (en C13)). D'une façon préférée, ces diacides
ne
portent pas de chaînes latérales et ne sont pas ramifiés. En tant que diacide
aromatique, on peut noter l'acide téréphtalique, mais aussi des diacides
comprenant des hétérocycles aromatiques, tel que l'acide 2,5-
furandicarboxylique
(FDCA). En tant que diol, on peut utiliser un butanediol ou un propanediol. Le
butanediol (en particulier le butane 1,4-diol) est particulièrement
intéressant. On
peut toutefois aussi avantageusement envisager l'utilisation de propane 1,3-
diol.
Dans un mode de réalisation particulier, on utilise du PBAT en tant que
copolyester
aliphatique-aromatique. Le PBAT (poly(téréphtalate-co-adipate de butylène) est
un
copolyesterpréparé par polycondensation du 1,4-butanediol (ou butane 1,4-diol)
et
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d'un mélange d'acide adipique et d'acide téréphtalique.Les méthodes de
préparation du PBAT sont connues de l'homme du métier. Une méthode de
fabrication consiste en la réalisation d'un polyester à partir de l'acide
adipique et du
butane 1,4-diol, et d'un polyester à partir de diméthyl téréphtalate (plutôt
que
d'acide téréphtalique) de butane 1,4-diol, suivie d'unetrans-estérification en
faisant
réagir ces deux polyesters. L'acide téréphtalique peut être produit par
oxydation
catalytique du p-xylène qui peut être d'origine fossile ou biosourcé. Les
butane 1,4-
diol et acide adipique peuvent être obtenus par fermentation à partir de
glucose ou
saccharose. Ainsi, dans ce mode de réalisation, la couche contient du PBAT.
Généralement, on utilise au minimum 50% molaire du diol, les ratios des
diacides
pouvant varier, bien que, en général, la quantité d'acide téréphtalique ne
dépasse
pas 20 % molaire et soit préférentiellement entre 15 % et 18 %.
Dans un mode de réalisation particulier, on utilise du PBSA en tant que
copolyester aliphatique. Il est rappelé que le PBSA est le poly(succinate-co-
adipate
de butylène), et qu'il est préparé par polycondensation (estérification) du 1
,4-
butanediol et d'un mélange d'acide adipique et d'acide succinique.Ces trois
éléments constitutifs peuvent être produits à partir de matières premières
renouvelables telles que le glucose et le saccharose par fermentation, ou
d'origine
pétrolière.On peut aussi citer, en tant que copolyester aliphatique, les
copolyesters
obtenus à partir d'un ou plusieurs diol en C3 ou C4, de l'acide succinique, et
d'un
diacide aliphatique présentant au moins 5 (ou au moins 6) atomes de carbone
entre les deux fonctions acides (en particulier l'acide adipique (en 06), mais
aussi
l'acide azélaïque (en C9), l'acide sébacique (en C10) ou l'acide brassilique
(en
C13)). D'une façon préférée, ces diacides ne portent pas de chaînes latérales
et
ne sont pas ramifiés. En tant que diol, on peut utiliser un butanediol ou un
propanediol. Le butanediol (en particulier le butane 1,4-diol) est
particulièrement
intéressant. On peut toutefois aussi avantageusement envisager l'utilisation
de
propane 1,3-diol.
D'une façon générale, la couche du film contient entre 1% et 20% (bornes
incluses) du polyadipate tel que décrit ci-dessus. On a en effet pu montrer
que
l'effet technique (effet cling et allongement) sont observés dès ajout de
1% du
polyadipate dans la couche. La quantité de celui-ci ne devrait cependant pas
dépasser 20%. D'une façon préférée, la couche contient entre 5 et 12% du
polyadipate décrit ci-dessus, généralement entre 7% et 10%.
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L'utilisation d'un polyadipate, tel que décrit ci-dessus, au copolymère
aliphatique
ou aromatique-aliphatique permet d'obtenir un film d'adhésion (effet cling
).
Ainsi, le film présente de préférence une force de glissement (film / film,
N/25mm)
supérieure ou égale à 3.
Dans un mode de réalisation particulier, le module de Young du film est
supérieur
ou égal à 80 M Pa. De préférence, le module de Young est inférieur à 250 M Pa,
de
préférence inférieur à 150 MPa
Dans un mode de réalisation particulier, l'allongement à la rupture du film
notamment dans le sens de l'extrusion est supérieur ou égal à 400 %, de
préférence supérieur ou égal 500 /(:).
Le film plastique peut également contenir un ou plusieurs autres composants,
dans
la couche comprenant le polyadipate ou dans un autre couche (dans le cas d'un
film multicouche), en particulier choisis parmi des agents anti-UV, des agents
anti-
oxydants, des agents azurants (en particulier pour absorber les rayonnements
électromagnétiques ultraviolets entre 300 et 400 nm de longueur d'onde), un
additif
qui retarde la photodégradation (comme le noir de carbone) et un produit
antibuée.
Lorsque les polymères du film sont biodégradables ou compostables, on préfère
choisir un autre composant qui se dégrade rapidement dans la nature. En
particulier, les agents permettant l'absorption des rayonnements UV sont
particulièrement intéressants pour les films utilisés en rapport avec
l'ensilage. Ces
autres composants sont généralement présents dans des quantités d'entre 0.1 et
3
(:)/0 (en poids), l'ensemble de ces composants ne dépassant pas 10% en poids.
En
particulier, on peut ajouter des anti-UV (0.1 et 3%), des anti-oxydants (0.1
et 3%),
azurants (pour éviter le jaunissement, entre 1 et 5%), éventuellement des
produits
antibuée (pour les films agricoles).
D'une façon générale, l'épaisseur du film est comprise entre 5 pm et 80 pm.
Ainsi
que vu plus haut, pour les films étirables industriels, l'épaisseur est
préférentiellement entre 15 et 40 pm ; pour les films étirables alimentaires,
l'épaisseur est généralement entre 5 et 15 pm ; pour les films d'ensilages,
l'épaisseur est notamment entre 20 et 80 pm.
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Dans un mode de réalisation, le film plastique est monocouche. Il consiste
donc en
la couche comprenant le polyadipate et le polymère aliphatique et/ou le
polymère
aliphatique-aromatique, éventuellement additionné d'un autre composant tel que
listé plus haut. Des films monocouches sont particulièrement intéressants pour
un
usage alimentaire.
Dans un autre mode de réalisation, le film plastique est un film multicouche
(généralement bicouche outricouche). Dans ce mode de réalisation, la couche
contenant le copolyester aliphatique et/ou le copolyester aliphatique-
aromatique et
le polyadipateestune couche externe. Dans le cas d'un film bicouche, la
seconde
couche peut contenir du PBAT, ou du PBSA ou tout autre polymère (de préférence
biodégradable) approprié. Cette seconde couche peut également contenir des
additifs, tels que mentionnés plus haut, ainsi que des colorants ou des
charges
organiques ou inorganiques (minérales).
Dans le cas d'un film tricouche, on peut envisager une face (couche) non
collante
à base de PBAT seule ou avec une chargeinorganique (éventuellement lamellaire,
telle que talc, mica ou kaolin) pour une faciliter l'ouverture, une couche
centrale en
PBAT seule, une autre face (couche) avec la formulation de l'invention pour
avoir
un bon effet collant.
De préférence, l'épaisseur de la couche selon l'invention est au 1/3 de
l'épaisseur
totale du film.
Les films industriels peuvent être bicouche ou tricouche (avec une couche
externe
collante). Pour une utilisation en tant que film d'ensilage, on souhaite
protéger les
éléments emballés par le film des UV : on peut donc mettre une couche avec
beaucoup d'agents anti UV et on ajoute des agents antibuée dans la couche
collante (la couche contenant le polyadipate, telle que décrite ci-dessus).
On peut aussi ajouter des charges inorganiques (éventuellement lamellaires)
dans
la couche non collante.
L'homme du métier connaît les procédés permettant l'obtention de films
multicouches. En particulier, on extrude différents polymères que l'on
superpose
au niveau de la filière annulaire avant aplatissage (cast) ou gonflage_
Dans un mode de réalisation préféré, le film est obtenu par extrusion
gonflage. Ce
procédé est connu de l'homme du métier. Les granulés (compound) entrent dans
un tube chauffé muni d'une ou plusieurs vis sans fin. La matière molle
homogénéisée est poussée, comprimée, puis passe à travers une filière. Le
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polymère ainsi formé est alors dilaté avec de l'air comprimé en sortie
d'extrudeuse
/ filière. Ainsi, la sortie de l'extrudeuse est verticale, et on insuffle de
l'air comprimé
dans la matière fondue qui se gonfle et s'élève verticalement en une longue
bulle
de film. On peut définir le taux de gonflage comme le rapport entre la
circonférence
de la gaine (du film) et celle de la filière. D'une façon générale, le taux de
gonflage
est compris entre 1,5 et 3,5. Dans la mise en oeuvre de l'invention, on
préfère des
taux de gonflage compris entre 2 et 3. Après refroidissement, des rouleaux
aplatissent le film en une gaine plane qui est refroidie et enroulée sur des
bobines.
Cette méthode est notamment utilisée pour l'obtention des films utilisés dans
la
fabrication d'emballages, de sacs-poubelles, de sacs de congélation, des
poches
médicales pour perfusion et des feuilles souples et fines de revêtements pour
serres horticoles.
Dans un autre mode de réalisation, le film est obtenu par extrusion de film à
plat
(ou cast film). Dans cette méthode, le polymère tombe sur un rouleau
refroidisseur
thermostaté en sortie de filière. Le froid permet la recristallisation, et la
vitesse de
rotation des rouleaux permet l'ajustement de l'épaisseur. Le film est ensuite
enroulé sur des bobines.
On peut donc définir un sens machine, ou sens long, ou sens de l'extrusion
comme étant le sens d'enroulement des films sur les bobines. Le sens traverse
ou
perpendiculaire est le sens perpendiculaire au sens long (et est donc
parallèle à
l'axe des bobines sur lesquels le film est enroulé).
L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un film
plastique
tel que décrit ci-dessus, comprenant
a) le mélange, dans une extrudeuse (préférentiellement bi-vis),
d'un copolyester aliphatique et/ou d'un copolyester aliphatique-
aromatique,
d'un polyadipate constitué d'un polyester d'acide adipique avec un diol
ou un mélange de diol en C3-C4, la quantité de polyadipate étant
comprise entre 1 et 20% (en masse),
et optionnellement d'au moins un autre composant choisi parmi des
agents anti-UV, des colorants, des agents anti-oxydants, des agents
azurants, des agents retardant la photodégradationet des produits
antibuée
pour obtenir une matière mélangée (aussi appelée compound), et
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b) la formation du film à partir de la matière mélangée
par extrusion gonflage
ou extrusion à plat.
Ce procédé peut aussi inclure, dans l'étape b), l'ajout d'autres éléments
compounds pour formation de films multicouches, ainsi que vu plus haut.
L'invention se rapporte également à l'utilisation d'un film tel que décrit ci-
dessus
pour l'enroulement de palettes, l'emballage de produits alimentaires ou en
tant que
film agricole d'ensilage ou de bâche d'ensilage. On utilise donc ces films
dans des
procédés d'emballage de palettes, de produits alimentaires ou de produits
d'ensilage. Lors de l'utilisation pour l'emballage de palettes ou pour
l'ensilage, on
emballe généralement les produits de telle sorte qu'une couche non collante
soit à
l'extérieur (afin d'éviter que les palettes ne se collent les unes aux autres
et/ou de
déchirer le film lors de la manipulation).
L'invention se rapporte aussi à l'utilisation d'un polyester d'acide adipique
avec un
diol ou un mélange de diols en C3-C4 (tel que décrit ci-dessus) pour la
préparation
d'un film plastique. De même, l'invention se rapporte à l'utilisation combinée
d'un
copolyester aliphatique et/ou d'un copolyester aliphatique-aromatique
biodégradable et d'un polyester d'acide adipique avec un diol ou un mélange de
diols en C3-C4 pour la préparation d'un film plastique. Ce film est en
particulier
étirable, présentant des propriétés adhésives, et/oubiodégradableou
compostable
L'invention se rapporte également à un procédé de préparation d'un matériau
utilisable pour fabriquer un film(préférentiellement biodégradable ou
compostable)
comprenant le mélange, dans une extrudeuse (préférentiellement bi-vis),
d'un copolyester aliphatique et/ou d'un copolyester aliphatique-
aromatique,
d'un polyadipate constitué d'un polyester d'acide adipique avec un diol
ou un mélange de diol en C3-C4, la quantité de polyadipate étant
comprise entre 1 et 20% (en masse),
et optionnellement d'au moins un autre composant choisi parmi des
agents anti-UV, des colorants, des agents anti-oxydants, des agents
azurants, des agents retardant la photodégradation et des produits
antibuée.
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Ce matériau est appelé compound . Ce matériau susceptible d'être obtenu par
le procédé ci-dessus ou obtenu par le procédé ci-dessus, est aussi un objet de
l'invention. Il se présente généralement sous forme de granulés (le produit
d'extrusion est refroidi et coupé en sortie d'extrudeuse) dont la composition
est
définie selon les produits introduits dans l'extrudeuse, tel que décrit ci-
dessus.
L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un film tel
que
décrit ci-dessus, comprenant l'extrusion d'un tel compound (pour le faire
fondre), et
la formation du film à partir du compound fondu par extrusion gonflage ou
extrusion à plat.
FIGURES
[Fig. 1] : spectres I RTF de l'Ecoflex F C1200 (noir) et du compound D (vert)
[Fig. 2] : spectres IRTF du MaterBi CX01A (rouge) et du compound D (vert)
[Fig. 3] : spectres I RTF PBS F092 (polybutylèneco-adipatecosuccinate) (noir)
et du
compound D (orange)
[Fig. 4] : essais de minéralisation pour détermination du potentiel de
biodégradabilité.
EXEMPLES
Exemple 1. Mise en oeuvre des formulations et des films étirables
Des essais ont été menés sur différents additifs de façon comparative, et
également avec une référence commerciale de matériau pour la réalisation de
film
étirable biodégradable (Marque de commerce Mater-bi CX 01A fabriquée par
Novamont, Novara, Italie). Les principaux additifs et polymères utilisés sont
présentés ci-dessous :
[Tableau 1]
Dénomination Fournisseur Description
Ecoflex F Blend BASF Copolyester PBAT
biodégradable
C1200
PVV70 Polytechs Mélange maître 70 % Pl B
base PE
ES01 Polytechs Mélange maître 30 % PIB base
PBAT
Glyplast 206 Condensia Polyadipate (acide adipique
avec du 1,3-
butanediol, 1,2-propanediol et du 2-ethyl-
1-hexanol)
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MaterBi CX01A Novamont Compound pour grade film
étirable
biodégradable
Adimoll Lanxess DEHA
PBS FD92 PTT MCC CopolyesterPolyButylène-
Succinate-
Adipate (PBSA)
PBS FZ91 PTT MCC Polymère
PolyButylèneSuccinate (PBS)
Le tableau ci-dessous précise les compositions de quelques compounds réalisés
dans le cadre de l'invention et leurs conditions de mises en uvre par
extrusion bi-
vis :
[Tableau 2]
Essai Composition de la formulation
Température d'extrusion
( C)
Compound A Ecoflex F Blend C1200 + 3 % 80/110/135/150 X
8
PVV70 (poids sur poids)
Compound B Ecoflex F Blend C1200 + 15% 80/110/135/150 X
8
ES01 (poids sur poids)
Compound C Ecoflex F Blend C1200 + 8% 80/110/135/150 X
8
Adimoll (poids sur poids)
Compound D Ecoflex F Blend 01200 + 8 % 80/110/135/150 X
8
Glyplast 206 (poids sur poids)
Compound E PBS FD92 + 8 A) Glyplast 206 50/75/115/130
X 8
(poids sur poids)
Compound F PBS FZ91 + 8% Glyplast 206 80/110/135/150 X
8
(poids sur poids)
Les essais ont été réalisés sur une extrudeuse bi-vis corotative, dont les
principales caractéristiques sont données ci-après :
- Diamètre de vis: 30 mm
- Rapport L/D : 52
- Vitesse max : 600 rpm
- Puissance moteur : 11 kW
- Intensité max : 21,5 Amp
- Filière 1 jonc diamètre 4 mm
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Le polymère est introduit en alimentation principale et les additifs liquides
sont
injectés un peu plus loin (entre 4 à 80(D étant le diamètre de la vis), soit 1
à 2
modules après la zone d'alimentation principale). Le puits de dégazage est
laissé à
l'atmosphère, sans dégazage forcé. Il est rappelé que l'extrusion bi-vis est
un
procédé connu de l'homme du métier. La machine d'extrusion est plus
particulièrement du type bi-vis co-rotatives interpénétrantes, et comprend
deux vis
entrainées de longueur L et de diamètre D, en rotation autour de leurs axes
par un
moteur et un réducteur, à l'intérieur d'une enveloppe allongée formant un
fourreau,
entouré par des éléments chauffants. Ces vis sont munies de filets
hélicoïdaux,
éléments de vis modulaires, qui engrènent les uns dans les autres. Certains de
ces
éléments modulaires transforment le flux linéaire (transport / convoyage
effectué
par des éléments modulaires en doubles-filets) en un flux radial (malaxeurs
monolobes ou bilobes).
En sortie de filière, le jonc est refroidi dans un bac à eau ; la coupe est
différée via
un granulateur ; les granulés ne sont pas étuvés et sont conditionnés après
refroidissement en sacs PE.
Les paramètres machines sont suivis via la SME (SpecificMechanicalEnergy),
grandeur particulièrement importante en extrusion bi-vis. A énergie thermique
équivalente, elle témoigne de l'énergie consommée par le produit lors de sa
transformation, et est directement proportionnelle à la viscosité. Elle est
calculée
selon :
PxVx1
SME =
1m xVm x Q
Soit SME= (P x V x I) / (I m x Vm x Q)
Dans laquelle
P: puissance moteur en \A/
I et lm : intensité consommée et Intensité Maximale en Ampère
V et Vm : Vitesse des vis et Vitesse Maximale des vis en rpm
Q: débit massique en kg/h
Dans le cadre des essais précédents, les débits et vitesses de vis sont
établis pour
avoir une SME quasi-similaire entre tous les produits, soit environ 300
W.h/kg.
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Les compounds et matières référentes sont ensuite extrudés par extrusion
gonflage sur une machine monocouche Tecnocanto avec un taux de gonflage (TG)
proche de 2 (rapport du diamètre de la gaine sur le diamètre de la filière, et
correspond à la déformation transversale de la matière).
= Diamètre de vis : 20 mm ; UD = 25
= Filière de 20 mm ; entrefer 0,8 mm ; pas de filtre
= 2 zones de chauffe sur la vis; 1 zone sur la filière ; 1 zone sur la tête
= Laize max : 200 mm
Les propriétés des films mesurées dans le sens machine (SM) sont données dans
le tableau suivant :
[Tableau 3]
Film Epaisseur Module Allongement Force
Remarques
(len) (MPa) rupture (%) glissement
film / film
(N/25mm)
Eco 19 92 730 2,24 Très
bonne
C1200
Extrusion
Camp. A 27
Incompatibilité
matière
Camp. B 21 125 605 1,94 Effet
glissant
Camp. C 24 60 575
Instabilité
gaine
gels en surface
Camp. D 21 85 745 4,62 Très
bonne
Extrusion
PBS 22 248 380 0,45 Très
bonne
F092
Extrusion
Comp. E 24 225 415 1,19 Très
bonne
Extrusion
PBS 20 445 210 0,32 Très
bonne
FZ91
Extrusion
Camp. F 18 431 223 0,38 Très
bonne
Extrusion
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MB 18 96 665 2,72 Très
bonne
CX01A
Extrusion
Ces résultats permettent de conclure :
- Les DEHA (adipate de bis(2-ethylhexyl) ; CAS 103-23-1)et les PIB
(polyisobutène) ne semblent pas compatibles avec les PBAT (compounds
C, A et B)
- Le polyadipate (acide adipique avec du 1,3-butanediol, 1,2-propanediol et
du 2-ethy1-1-hexanol) a un effet majeur sur la force de glissement pour le
PBAT et le PBSA, c'est-à-dire les 2 copolyesters comportant de l'acide
adipique et du butanediol comme co-monomères (compounds D, E, F)
- Le compound D (formulé sur du PBAT et avec 8 A de polyadipate d'intérêt)
présente d'excellentes propriétés fonctionnelles pour une utilisation en film
étirable biodégradable, bien supérieures au témoin commercial de
Novamont (Marque Master-bi CX 01A)
- La valeur de la force de glissement du film issu du compound D est tout à
fait comparable aux standards du marché pour les films en PE
(polyéthylène) ou PVC (poly(chlorure de vinyle)).
D'autres essais ont également montré que l'on peut observerdes effets
similaires
en utilisant 1% ou 2% de Glyplast 206, ou une quantité jusqu'à 20%. Sans
vouloir
être lié par cette théorie, il est supposé que le polyadipate se comporte
comme un
agent plastifiant. On suppose que cet effet peut être optimisé en utilisant un
polyadipate dont la longueur des chaînes du ou des diols est d'une longueur
inférieure ou égale à la longueur des chaines du ou des diols du polymère à
haut
poids moléculaire, avec un facteur 10, 20 ou plus entre les masses
moléculaires
en poidsdupolyadipate (agissant en tant qu'agent plastifiant) et celles du
polymère
à haut poids moléculaire.
Exemple 2. Caractérisations des produits
Les spectres IRTF (Infra-Rouge à Transformée de Fourrier) de l'Ecoflex F C1200
et du compound D, c'est-à-dire comprenant 8 % de polyadipate d'intérêt sont
extrêmement similaires (à plus de 99,5 %) : pas de détection spécifique du
polyadipate (voir figure 1).
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Le compound D est significativement différent du produit MaterBi CX01A,
notamment au niveau de sa chaine carbonée (CH3 et CH2 ; pics vers 2950 cm-
1)(voir figure 2).
Sur le polymère PBS FD92 (polybutylèneco-adipateco-succinate), les spectres
IRTF sont également très similaires à plus de 99,3 % (voir figure 3).
On voit donc que l'ajout du polyadipate d'intérêt ne modifie pas la structure
des
polymères finaux (par rapport à la structure des polymères à haut poids
moléculaire), ce qui pourrait signifier une excellente intégration de ce
polyadipate.
Exemple 3. Caractéristiques de biodégradation
D'une façon générale, il est considéré que les polyadipatespossèdentune bonne
biodégradabilité. On attend donc une bonne biodégradabilité du produit final,
lorsque l'on introduit le polyadipate d'intérêt dans une matrice polymère elle-
même
biodégradable.
Les cinétiques de biodégradation comparatives ont été vérifiées.
Le système de mesure utilisé (matériel \AMN Oxitop0) est un équipement
permettant le suivi quantitatif de la baisse de pression au sein d'un système
clos.
La baisse de pression mesurée est liée au processus de minéralisation :
lorsqu'il y
a une consommation en oxygène par les microorganismes, elle est associée à une
libération de dioxyde de carbone, qui est immédiatement piégé par de la soude
caustique (NaOH) provoquant ainsi une baisse de pression au sein du système.
Cette diminution de pression est corrélée à la consommation d'oxygène au moyen
de la loi des gaz parfaits, qui est elle-même retranscrite en production de
dioxyde
de carbone au moyen de la relation définie par le coefficient respiratoire
(QR), afin
de pouvoir exprimer les résultats des essais en pourcentage de dégradation de
carbone.
Les réacteurs d'essais sont placés dans une enceinte thermostatée de façon à
contrôler la température d'essai. Une agitation douce et continue au moyen
d'un
agitateur magnétique est réalisée pour chaque réacteur de façon à obtenir un
milieu homogène au sein du réacteur et à permettre l'aération de la phase
liquide.
Il est toutefois précisé que cette forme d'aération ne permet pas un transfert
d'oxygène optimal entre la phase gazeuse et le milieu aqueux, ce transfert
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d'oxygène pouvant dans certains cas devenir un facteur limitant et ainsi
contrôler
la vitesse de dégradation.
Le milieu d'essai utilisé lors du test de biodégradation réalisé est celui
recommandé par la norme ISO 14852 ; les inoculum et échantillons sont
également préparés en conformité avec cette référence. S'agissant d'essais de
biodégradabilité mettant en jeu des processus naturels, chacun des essais de
biodégradabilité a été réalisé en triplicat afin de contrôler la robustesse et
la
reproductibilité des essais. Un témoin négatif sans source de carbone
supplémentaire a été mis en oeuvre afin d'évaluer la respiration naturelle de
l'inoculum. Un témoin positif avec substrat carboné de type cellulose
microcristalline a également été réalisé.
Les essais ont étéréalisés à une température de 40 +/- 2 C et le suivi de
minéralisation sur 60 jours environ. La biodégradation du matériau de
l'invention
est plus de 2 fois plus rapide que le témoin commercial MaterBi CX01A et 4
fois
plus rapide que le polymère de base Ecoflex F 01200 (Figure 4).
On suppose que l'une des raisons de cette amélioration provient de la
diminution
de l'hydrophobicité du film issu de compound D. Cette propriété a été mesurée
par
l'angle de contact.
On a trouvé : Ecoflex C1200 : 88,7 Compound D: 65,8
Ainsi, par l'ajout du polyadipate d'intérêt, la diminution de l'angle de
contact de
l'Ecoflex F 01200 de 89 à 66 permet une meilleure affinité à l'eau et une
meilleure réalisation du biofilm bactérien, se traduisant par une
biodégradation
accélérée. Ce phénomène se caractérise aussi par des temps de latence très
courts, visibles dès les premiers jours, le film issu du compound D suivant
une
cinétique de biodégradation similaire à celle de la cellulose.
En conclusion,
Les éléments techniques de l'innovation :
- Il est possible d'incorporer intimement un polyadipate formé par
estérification d'acide adipique avec des diols en C-3 ou C4 ou leurs
mélanges (en particulier les 1,3-butanediol ou 1,2-propanediol
(éventuellement en présence du 2-ethy1-1-hexanol) dans un
copolyestercopolyester aliphatique et/ou un copolyester aliphatique-
aromatique, à haut poids moléculaire
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- Le polyadipate introduit entre 1 et 20 % w/vv dans le copolyester permet
l'obtention de films étirablesbiodégradablesoucompostables avec des
valeurs élevées de force de glissement, comparable aux polymères
traditionnels (PE ou PVC) qui sont peu biodégradables ou compostables
- Le polyadipate permet d'augmenter la cinétique de biodégradation du
polymère, très vraisemblablement en diminuant l'hydrophobicité du
polymère
- Le polyadipatese comporte comme un plastifiant des copolyesters type
PBAT et PBSA : les analyses DSC (calorimétrie différentielle à
balayage)montrent un décalage de 5 C sur la Tg (transition vitreuse qui
passe de -36,2 C à -40,8 C sur Eco F 01200), qui est considéré comme
significatif ; compte tenu de la très bonne comptabilité chimique entre le
polyadipate et les polymères de haut poids moléculaires (PBAT et PBSA)
notamment par l'adaptation des longueurs de chaînes des diols, les
phénomènes de déplastification sont très peu probables, ce qui permet
d'envisager une bonne stabilité dans le temps des propriétés des films
Exemple 4. Protocoles de mesure
1. Propriétés mécaniques
Les caractérisations sont effectuées par exemple sur une machine de traction
Lloyd équipée d'un capteur de force de 100 N.
a. essais de traction à rupture
Des éprouvettes de film sont découpées selon la norme ISO 527-3, éprouvette de
type 2 ; les matériaux étant anisotropes, il conviendra de repérer le sens de
l'extrusion (sens long - SL ou sens machine SM), du sens travers à l'extrusion
(ST). L'essai de traction à rupture est un essai destructif pratiqué à
température
ambiante 20 C, qui consiste à imposer une déformation croissante à vitesse
constante (100 mm/min, selon ISO 527-1) et à mesurer l'effort nécessaire pour
imposer cette déformation. Les paramètres enregistrés sont notamment :
- Le module de Young (M Pa) ou module d'élasticité (longitudinale) ou module
de traction est la constante qui relie la contrainte de traction et le début
de la
déformation d'un matériau élastique isotrope (loi de Hooke).
- La résistance maximale (MPa) : charge maximale atteinte pendant l'essai
de
traction
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- La résistance à rupture (MPa) : charge mesurée au moment
de la rupture de
l'échantillon
- L'allongement maximum (cr/o) : rapport entre la taille
de l'échantillon atteint à
la résistance à rupture et sa taille initiale avant déformation.
b. essais de glissement
La machine de traction est équipée d'un plan horizontal où est installé
l'échantillon
de film. Un traineau (200 grs, largeur 25 mm) sest relié au capteur de force
de la
machine ; la vitesse de déplacement du traineau est de 100 mm/min selon ASTM
D1894 ou ISO 8295. Les échantillons sont d'une taille minimale de 80 X 250 mm
(la grande dimension correspondant à la direction de la mesure, SL ou ST). Le
traineau peut également être recouvert du film considéré, et dans ce cas, la
mesure du glissement est appelé film / film (sinon, métal / film).
Les paramètres enregistrés sont notamment :
- Le coefficient de frottement statique, rapport entre la force de friction
statique et la force de pression du traineau
- Le coefficient de frottement dynamique, rapport entre la force de friction
dynamique pendant le mouvement et la force de pression du traineau
On mesure notamment la force nécessaire (N) pour arracher le traineau.
2. Mesure de viscosité du polyadipate ester
La méthode utilisée s'appuie sur la norme ISO 2555 pour la détermination de la
viscosité apparente selon le Procédé Brookfield, des résines à l'état liquide
ou
assimilé, à l'aide d'un des types des viscosimètres rotatifs décrits dans la
norme.
Un mobile de forme cylindrique ou apparenté (disque) tourne à une fréquence de
rotation constante autour de son axe dans le produit en examen. La résistance
exercée par le fluide sur le mobile, résistance qui dépend de la viscosité du
produit, provoque une torsion qui est mesurée sur un appareil de mesure
adapté.
La viscosité apparente selon le Procédé Brookfield est calculée en multipliant
cette
mesure par un coefficient dépendant de la fréquence de rotation et des
caractéristiques du mobile
3. Mesure des masses molaires des polymères
On utilise la chromatographie d'exclusion stérique (SEC) permettant d'obtenir
les
masses molaires moyennes en nombre Mn, et en poids Mw, avec un échantillon
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dissout dans du chloroforme. Les résultats de la SEC sont exploités en se
basant
sur le détecteur IR, avec calibration conventionnelle en PS (polystyrène).
4. Analyses thermiques par DSC
La Calorimétrie Différentielle à Balayage (DSC) permet de recueillir des
informations sur les transitions thermiques d'un polymère (transition
vitreuse,
fusion, cristallisation...). Elle consiste à appliquer à l'échantillon un
programme de
températures et à mesurer la différence de température entre l'échantillon
dans
son creuset et un creuset vide utilisé comme référence. Un étalonnage
approprié
de l'instrument permet de convertir cette différence de température en flux de
chaleur (en mVV/mg) et ainsi d'obtenir des informations quantitatives sur les
transitions thermiques du polymère (déduction du taux de cristallinité...).
Les analyses sont réalisées sur un appareil Mettler Toledo DSC1 avec un
programme dont les segments sont les suivants :
- -50 C à 250 C à +10K/min sous gaz N2
- 250 C à -50 C à -10K/min sous gaz N2
- -50 C à 250 C à +10K/min sous gaz N2
5. Analyses spectrométriques IRTF
La spectrométrie IRTF (Infrarouge à transformée de Fourier) permet
d'enregistrer
le spectre caractéristique du matériau analysé. Ce spectre comporte un
ensemble
de bandes d'absorption dont la position (nombre d'onde) et l'intensité sont
propres
à chaque molécule (ou mélange). Son interprétation permet d'identifier des
groupements chimiques présents dans le matériau. Les spectres IRTF peuvent
être enregistrés selon différents modes d'analyse en fonction de la nature et
des
dimensions de l'échantillon (films, microparticules,...). Le mode ATR-
germanium
permet d'enregistrer un spectre IRTF de l'extrême surface d'un échantillon. La
profondeur analysée est typiquement inférieure à 3 1.1m, très utilisée
notamment
dans les cas des films noirs très absorbants en IR, ou alors dans le cas de
films
fins multicouches.
6. Mesure de biodégradabilité
La caractérisation de la biodégradabilité de matériaux d'emballage pour une
valorisation en compostage industriel est encadrée par la norme EN 13432, qui
repose sur la mise en place de protocoles standardisés décrits par les normes
ISO
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14851, ISO 14852 et ISO 14855. On a appliqué une méthodologie simplifiée
d'analyse de la biodégradabilité de matières plastiques (Test de Sturm
simplifié),
reposant sur le suivi de la consommation d'oxygène par analyse pressiométrique
en continu au sein d'un réacteur clos ; cette mesure peut ensuite être
corrélée à la
quantité de dioxyde de carbone produite par l'intermédiaire du Quotient
Respiratoire (Qr) qui avoisine 0,7 pour la plupart des métabolismes
microbiens.
Le système de mesure utilisé (matériel VVT\N Oxitop0) est un équipement
permettant le suivi quantitatif de la baisse de pression au sein d'un système
clos.
La baisse de pression mesurée est liée au processus de minéralisation :
lorsqu'il y
a une consommation en oxygène par les microorganismes, celle-ci est associée à
une libération de dioxyde de carbone, qui est immédiatement piégé par de la
soude caustique (NaOH) provoquant ainsi une baisse de pression au sein du
système. Cette diminution de pression est corrélée à la consommation d'oxygène
au moyen de la loi des gaz parfaits, qui est elle-même retranscrite en
production
de dioxyde de carbone au moyen de la relation définie par le coefficient
respiratoire (QR), ce qui permet d'exprimer les résultats des essais en
pourcentage
de dégradation de carbone.
Les réacteurs d'essais sont placés dans une enceinte thermostatée de façon à
contrôler la température d'essai. Une agitation douce et continue au moyen
d'un
agitateur magnétique est réalisée pour chaque réacteur de façon à obtenir un
milieu homogène au sein du réacteur et à permettre l'aération de la phase
liquide.
Cette forme d'aération ne permet pas un transfert d'oxygène optimal entre la
phase
gazeuse et le milieu aqueux, le transfert d'oxygène pouvant dans certains cas
devenir un facteur limitant et ainsi contrôler la vitesse de dégradation
Cette méthode permet l'analyse fiable et rapide de nombreux produits en
parallèle,
dont les plus intéressants pourront ensuite être soumis au protocole
standardisé.
CA 03230576 2024- 2- 29
