Bioplastiques – l’avenir de l’industrie des plastiques

Sans les plastiques modernes, un développement aussi important dans les secteurs automobile, aérospatial et médical ne serait pas possible. La plupart des plastiques sont des produits à la suite de la transformation des matières premières de base non renouvelables – le pétrole brut – et qui ne sont pas biodégradables, ce qui est leur principal inconvénient. Dans une perspective mondiale, l’exploitation continue du pétrole brut conduit directement à l’épuisement de ses ressources. Il s’agit d’un problème important, bien qu’il ne soit pas aussi sensible à l’heure actuelle que le problème de la quantité de déchets générés après l’utilisation des plastiques . Il faut savoir que leur temps de décomposition en milieu naturel peut aller jusqu’à plusieurs générations.

Problème des déchets – quelles sont les statistiques?

La recherche indique que 75 %des plastiques sont introduits sur le marché depuis le début de leur production sont déjà transmis des déchets. Cela représente 6,3 milliards de tonnes , dont moins de 10%ont été recyclés et 12%ont fait l’objet d’une récupération d’énergie. Cela signifie qu’environ 5 milliards de tonnes de plastiques sont collectées dans les décharges , mais également jetées dans les forêts, les eaux, les plages et les décharges illégales disséminées dans le monde. Ce sont les déchets qui se produisent dans le milieu marin qui ont le plus grand impact sur le milieu naturel et l’homme. Actuellement, le plus gros problème concerne les déchets municipaux, y compris les emballages uniques . Bien qu’il représente environ 8 %du poids total de toutes les ordures, en raison de son faible poids spécifique, il occupe un volume important, constituant près de 30 %du volume de tous les déchets. Ce groupe comprend principalement des bouteilles en polyéthylène téréphtalate (PET) et des sacs à provisions, des sacs de petit déjeuner ou des emballages en aluminium en polyéthylène (PE) ou en polypropylène (PP). Le principal destinataire des emballages est l’ industrie alimentaire , qui consomme environ 60 %de tous les emballages.

Une alternative écologique – les bioplastiques

En raison du problème croissant de la gestion des déchets plastiques, des recherches sont menées pour développer de nouveaux matériaux polymères biodégradables , communiqué des bioplastiques . Ces matériaux devraient avoir des propriétés utiles comparables à celles obtenues par les méthodes conventionnelles. Ils sont obtenus à l’échelle industrielle à partir de matières premières renouvelables et pétrochimiques. Comparés aux plastiques traditionnels produits à partir de sources fossiles, les bioplastiques présentent un certain nombre d’avantages précieux. Tout d’abord, ils permettent d’économiser des matières premières grâce à l’utilisation de la biomasse à renouvellement cyclique. De plus, leur production et leur utilisation sont neutres en carbone, ce qui signifie que leur traitement ne contribue pas à la production de dioxyde de carbone. De plus, certains types de bioplastiques sont biodégradables.

Quels sont les types de bioplastiques?

Les bioplastiques peuvent être divisés en trois groupes selon la source d’origine et la biodégradabilité:

• plastiques dérivés de matières premières renouvelables , mais non biodégradables – par exemple polyamide (PA), polyéthylène téréphtalate (PET),

• plastiques biodégradables , mais pas à partir de matières premières renouvelables – par exemple 1,4-butylène 1,4-butylène 1,4-butadiène téréphtalate (PBAT) ou polycaprolactone (PCL),

• matériaux biosourcés dérivés de matières premières renouvelables (polymères biodégradables), biodégradables – par exemple le polylactide, c’est-à-dire les matériaux à base d’acide polylactique (PLA), les polyglycolides à base acide glycolique (PGA) ou l «amidon modifié.

Parmi les matériaux susmentionnés, le rôle dominant est joué par le PLA (polylactide), qui représente quantitativement environ 40 %de tous les polymères biodégradables. Il est souvent appelé «double vert» car il est à la fois biodégradable et dérivé de matières premières renouvelables. Le polylactide est un polymère aux propriétés similaires au polystyrène, car il est rigide et cassant. Il se caractérise par une température de transition vitreuse d’env. 57 ° C et un point de fusion dans la plage de 170-180 ° C. Il possède également de bonnes propriétés de résistance (module de résistance de 60 MPa).

Où des matériaux biosourcés biodégradables sont-ils utilisés?

Un groupe de plastiques biosourcés à base de polymères biodégradables a trouvé une application dans deux domaines. Le premier d’entre eux est une branche hautement spécialisée de la médecine et de l’ingénierie tissulaire , où ce type de plastique est utilisé pour produire des éléments tels que des fils chirurgicaux biorésorbables, des orthèses, des clips, des implants, des capsules pour un dosage contrôlé des médicaments, etc. Le deuxième domaine est lié à la production en série d’emballages, de feuilles dédiées aux produits alimentaires, de feuilles de thermoformage, de sacs à déchets, de plateaux, de tasses, de bouteilles, de couverts, de feuilles de jardin, de produits jetables, d’éléments de décoration intérieure, de matériaux de revêtement en papier et d’impression Le remplacement des emballages fabriqués à partir de plastiques conventionnels par des substituts biodégradables fait partie de la tendance de l ‘ économie du développement durable et de la réduction des déchets.

Inconvénients des bioplastiques

Malgré de nombreux avantages, il convient de rappeler que les matériaux biodégradables présentent également des inconvénients qui limitent leur utilisation généralisée. Pour cette raison, ils perdent encore dans de nombreux domaines par rapport à leurs homologues non biodégradables. Tout d’abord, les bioplastiques biodégradables sont plus chers que ceux actuellement sur le marché, même s’il convient de noter que leur prix ne cesse de baisser . On prévoit que dans les années à venir, il pourrait être égal au prix des matériaux classiques d’origine pétrochimique. Beaucoup d’entre eux sont également inférieurs aux matériaux conventionnels en termes de propriétés mécaniques, c’est-à-dire qu’ils sont trop cassants ou rigides ou qu’ils ont une résistance à la traction trop faible. En raison de l’utilisation fréquente de ces matériaux pour la production d’emballages alimentaires , des propriétés de barrière qui sont également requises. Ils sont importants en raison de la perméabilité à l’oxygène, au dioxyde de carbone et à la vapeur d’eau, qui peuvent nuire au produit emballé. De plus, en raison de la sensibilité des polymères biodégradables à la chaleur, à des causes et aux contraintes de cisaillement, ils sont plus exigeants dans le processus de fabrication que leurs homologues non biodégradables. Pour ces raisons, les bioplastiques peuvent être déjà partiellement dégradés au stade du traitement. Les inconvénients mentionnés des matériaux polymères biodégradables sont à la base de la recherche dans le domaine de l’amélioration de leurs propriétés ou de la limitation des caractéristiques fonctionnelles défavorables.

Additifs modifiant les propriétés des plastiques biodégradables

Les bioplastiques contiennent, en plus des polymères, d’autres matériaux et additifs qui déterminent l’ensemble des possibilités de traitement et les caractéristiques du produit final. Il peut s’agir d’ additifs utilisés pour le stabilisant des matériaux, des pigments, des charges diverses ou des additifs plastifiants ( plastifiants ). Bien que les additifs plastifiants représentent un petit pourcentage de tous les composants du plastique, il est extrêmement important pour les plastiques biodégradables que tous soient également biodégradables. Les additifs introduits lors du traitement ne modifient pas la structure du biopolymère, mais réagissent uniquement avec sa structure. Cela modifie les propriétés physico-chimiques des matériaux, donnant aux produits les propriétés utilisables requises. Parallèlement au développement dynamique des bioplastiques dédiés aux emballages spécialisés, il existe un besoin croissant d’additifs plastifiants compatibles avec les polymères biodégradables et conférant aux plastiques les propriétés souhaitées.

Nouveau bio-projet au sein du Groupe PCC

Grâce au travail conjoint des départements de recherche de PCC MCAA et PCC Exol, un nouveau groupe de produits est en cours de développement dans le cadre du projet CITREX. Il s’agit de produits plastifiants dédiés aux emballages spécialisés, aux films, aux stratifiés alimentaires , mais également à une utilisation potentielle dans la production de jouets. Le développement de produits répondant aux exigences du marché tout en étant une innovation produit est un enjeu majeur de recherche. La synthèse de ces produits et leur application demandait une reconnaissance approfondie dans de nombreux domaines, y compris ceux concernant la voie de synthèse, les méthodes d’analyse, les applications possibles et les informations sur les consommateurs et les concurrents sur le marché cible. Par conséquent, l’objectif fondamental du projet n’est pas seulement de développer des additifs plastifiants, mais surtout d’acquérir des connaissances sur les propriétés et les applications de ces produits.

Exigences relatives aux plastifiants pour bioplastiques

Les principaux critères à remplir par les additifs plastifiants dédiés aux polymères biodégradables sont:

• pas de migration du plastifiant des bioplastiques sous les températures élevées et du temps de stockage

La réduction de la migration des additifs plastiques est un aspect clé du développement de leurs structures. Le phénomène de migration peut être familièrement défini comme la «fuite» de plastifiant plastique. Dans le cas d’un produit fini, cela peut entraîner la perte des propriétés du matériau et la détérioration de son esthétique – une décoloration du produit ou une déformation de sa forme.

En pratique, la migration peut être limitée en ajustant le poids moléculaire approprié du plastifiant (en masse) et en modifiant sa structure chimique vers une structure plus ramifiée ou linéaire.

• biodégradabilité

L’additif plastifiant ajouté au bioplastique doit répondre au critère de biodégradabilité. Cela signifie qu’il doit facilement subir un processus de décomposition naturel, par exemple par compostage, qui n’entraîne pas la formation de substances nocives. L’une des façons dont la biodégradabilité des produits est l’utilisation de matières premières d’origine naturelle, telles que les acides carboxyliques et d’autres matières premières biodégradables dans la synthèse chimique.

Les critères décrits ci-dessus se réfèrent à la fois à la modification de la structure chimique et à la sélection des matières premières utilisées, tout en maintenant le poids moléculaire approprié du composé à synthétiser. Leur réalisation est un énorme défi de recherche du point de vue de la conception d’additifs plastifiants concernés et de la réalisation de leur synthèse. Par conséquent, la mise en œuvre du projet nécessite de nombreux tests de laboratoire pour obtenir des composés de qualité et de structure reproductibles.

Innovation des produits en développement

L’attractivité du nouveau produit sur le marché résulte également de son caractère innovant . Les additifs plastifiants développés dans le cadre du projet CITREX se caractérisent par une combinaison innovante de bioacides carboxyliques naturels (ambre et citrique), de polyols produits par PCC Rokita et d’ alcool laurylique utilisés dans les produits cosmétiques, et donc non toxiques. Dans le même temps, les produits fabriqués ont un poids moléculaire strictement défini, qui est destiné à limiter la migration des additifs à partir du produit final. Le principal objectif de la conception de nouvelles structures moléculaires était de créer une telle molécule qui interagit avec le biopolymère contenu dans les bioplastiques (selon le principe “like attracts like”), contribuera à répondre aux exigences parents aux additifs plastifiants. L’obtention d’un échantillon de laboratoire du produit est la première étape préliminaire des recherches menées dans le cadre du projet CITREX. Dans le même temps, c’est le début de la prochaine étape, qui consiste à tester les propriétés d’application des produits donnés. Un examen approfondi des propriétés de ces produits est à la base de la sélection des applications ciblées.

L’avenir du marché des bioplastiques

Le marché des bioplastiques et des bio-additifs est certainement un marché prometteur et en croissance rapide, particulièrement visible ces derniers temps. Cela est dû, entre autres, à une sensibilisation accrue des consommateurs à l’ impact négatif des plastiques sur l’environnement . Les consommateurs conscients se tournent de plus en plus vers des substituts écologiques aux emballages et aux produits jetables en plastique conventionnel. En conséquence, il y a une augmentation continue de la demande pour divers éléments en bioplastiques, tels que des conteneurs ou des couverts en PLA.