Les cires d'origine biologique, la clé pour des réseaux d'emballage durables
Une proportion de seulement 1,5 % d'additif à base de cire d'origine biologique modifie de manière mesurable les propriétés d'écoulement, ainsi que la rigidité et la résistance du PBS
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Les cires d'origine biologique issues de matières premières renouvelables pourraient à l'avenir remplacer les modificateurs de propriétés pétrochimiques dans les applications plastiques. Dans le cadre de l'alliance WIR!BioZ, qui fait partie du réseau national TransBIB, le Fraunhofer IMWS et la société DEUREX AG ont mis au point des additifs à base de cire biodégradables pour les bioplastiques et ont démontré leur transposition réussie du laboratoire vers des applications industrielles d’emballage.
Microstructure d'un mélange composé d'un biomère et du bioplastique PBS.
Dans le cadre de l’alliance WIR! « BioZ – Innovations bioissues de Zeitz et d’Allemagne centrale », , des chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour la microstructure des matériaux et des systèmes (IMWS) ont collaboré avec DEUREX AG à la mise au point de nouveaux bioplastiques entièrement biodégradables pouvant être utilisés comme solutions de remplacement directes pour les applications plastiques existantes. BioZ est ancré en tant que pôle de compétences au sein du métaréseau national TransBIB. TransBIB met en réseau des entreprises, des instituts de recherche et des pôles d’innovation de la bioéconomie industrielle dans le but d’accélérer de manière ciblée le transfert des technologies biosourcées vers des applications industrielles.
Le projet s’est concentré sur le développement de modificateurs de propriétés biosourcés à base de cire (« Biomere ») comme alternative durable aux modificateurs pétrochimiques utilisés jusqu’à présent. Les cires développées sont biodégradables et peuvent être produites à grande échelle à partir de matières premières renouvelables. L’objectif du projet était de démontrer la substitution partielle ou totale des modificateurs de propriétés pétrochimiques dans les matériaux polymères, tout en développant de nouvelles formulations pour des applications d’emballage biosourcées.
Un autre axe prioritaire portait sur le développement de composés plastiques destinés aux filets d’emballage dans le secteur des fruits et légumes. L’objectif était de remplacer partiellement ou totalement les matériaux polymères conventionnels par des biopolymères techniques, sans pour autant compromettre l’aptitude à la transformation ni les propriétés du produit.
La particularité de l’approche développée réside dans sa grande variabilité. L’utilisation de biomères permet d’ajuster de manière ciblée les propriétés de mise en œuvre des biopolymères tels que le polybutylène succinate (PBS), tant vers des viscosités plus élevées que vers des viscosités plus faibles. Parallèlement, la dispersion de charges supplémentaires, telles que les pigments colorants, s’en trouve améliorée sans que la biodégradabilité de l’ensemble du système ne soit compromise. À ce jour, aucune technologie de plateforme comparable à base de matières premières renouvelables n’est connue.
Alors que de nombreux modificateurs utilisés aujourd’hui sont à base de cires pétrochimiques ou de copolymères greffés et ne conviennent que de manière limitée aux applications biodégradables, l’approche développée vise une intégration directe dans les processus industriels existants. Les biomères peuvent être traités sur les installations existantes et ouvrent ainsi une voie relativement simple vers la transformation durable des applications plastiques existantes.
Ce développement repose sur le réglage ciblé du poids moléculaire des biomères par dégradation oxydative de matières premières d’origine biologique issues de la bagasse de canne à sucre. Une modification chimique avec des groupes réactifs a ensuite été effectuée afin d’influencer de manière ciblée les interactions avec le matériau matriciel utilisé, le polybutylène succinate (PBS). Les cires mises au point ont été incorporées au biopolymère aussi bien dans un procédé de mélange à l’état fondu discontinu que continu. Sur cette base, les partenaires du projet ont analysé la microstructure obtenue et les propriétés des matériaux qui en résultent.
Les connaissances acquises ont servi de base à l’élaboration d’une formulation pour la fabrication de filets d’emballage. La possibilité de transposer la production, par mélange par fusion en continu dans une extrudeuse à double vis, de l’échelle du laboratoire (environ 1 kg/h) à l’échelle pilote (environ 10 kg/h) a été démontrée. La formulation mise au point a ensuite été transformée avec succès, à l’échelle industrielle, en un film soufflé et en rubans destinés aux filets d’emballage.
C’est précisément à l’interface entre le développement des matériaux, la mise à l’échelle des procédés et l’application industrielle que l’importance de réseaux de transfert performants tels que TransBIB apparaît clairement :
des projets tels que BioZ Wachse montrent que le transfert réussi d’innovations biosourcées va bien au-delà du simple développement des matériaux. Pour la mise en œuvre industrielle, il est essentiel de disposer de partenaires d’application adaptés, d’infrastructures de mise à l’échelle et d’un savoir-faire tout au long de la chaîne de valeur. C’est précisément là qu’intervient TransBIB, en reliant entre eux les espaces d’innovation existants et en facilitant les échanges entre la recherche et l’industrie. Ainsi, TransBIB propose par exemple divers outils numériques qui, une fois la mise à l’échelle réussie, aident à accélérer la mise en œuvre industrielle.
Les résultats ont permis de démontrer que les propriétés rhéologiques et mécaniques du PBS peuvent être influencées de manière significative par l’incorporation de cires biosourcées. Même de faibles proportions, de l’ordre de 1,5 %, ont entraîné des modifications notables du comportement à l’écoulement ainsi que de la rigidité et de la résistance du matériau.
De plus, l’évolutivité du processus de fabrication a été démontrée avec succès. Les biomères développés ont pu être transposés de l’échelle du laboratoire au processus industriel et utilisés pour la fabrication de produits d’emballage destinés au marché. Le projet apporte ainsi une contribution importante au développement de solutions plastiques durables à base de matières premières renouvelables et montre en même temps comment les innovations en matière de matériaux biosourcés peuvent trouver leur place dans les applications industrielles.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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