Des chercheurs coréens utilisent les déchets de chènevotte pour renforcer les films biodégradables TPS/PBAT tout en améliorant la performance de barrière à l'humidité et à l'oxygène.
Des chercheurs en Corée du Sud ont développé une nouvelle méthode pour utiliser les déchets industriels de chanvre comme matériau de renforcement pour les films plastiques biodégradables, améliorant la résistance mécanique tout en renforçant les performances barrières à l'humidité et à l'oxygène.
L'équipe de recherche de l'Institut coréen de recherche en technologie chimique (KRICT) a extrait la cellulose de la chènevotte, le cœur ligneux des tiges de chanvre industriel, et l'a convertie en cellulose microfibrillée pour l'utiliser comme charge biosourcée.
Cette approche pourrait offrir une nouvelle utilisation à un important résidu agricole tout en améliorant les performances des matériaux d'emballage biodégradables à base d'amidon thermoplastique et de PBAT.
La chènevotte représente un flux de biomasse largement sous-utiliséLes tiges de chanvre industriel contiennent une couche fibreuse externe utilisée pour les textiles et autres applications, tandis que le cœur ligneux, appelé chènevotte, a traditionnellement eu moins d'utilisations à haute valeur ajoutée.
La chènevotte peut représenter environ 70 % du poids de la tige, ce qui en fait une source potentielle importante de cellulose.
Au lieu d'utiliser de la pâte de bois ou de coton commerciale comme matériau de départ pour le renforcement, les chercheurs du KRICT utilisent ce résidu agricole pour produire de la cellulose microfibrillée.
Le renforcement par la cellulose améliore les films biodégradablesLes chercheurs ont incorporé la cellulose dérivée du chanvre dans des films fabriqués à partir d'amidon thermoplastique et de poly(butylène adipate-co-téréphtalate), ou PBAT.
Ces polymères biodégradables sont déjà étudiés pour des applications d'emballage et de films agricoles, mais leur résistance mécanique et leur résistance à l'humidité peuvent limiter leur utilisation pratique.
L'ajout de microfibrilles de cellulose crée un réseau de renforcement au sein de la matrice polymère, permettant une meilleure répartition des contraintes mécaniques à travers le film.
Un nouveau procédé de séchage empêche l'agrégation des fibresUn défi technique majeur est que les microfibrilles de cellulose ont tendance à s'effondrer et à former de forts agrégats lors du séchage.
Ce phénomène, appelé hornification, peut détruire la structure fibrillaire fine nécessaire à un renforcement efficace.
Le lyophilisation et le séchage par pulvérisation peuvent réduire l'agrégation, mais ces méthodes nécessitent plus d'énergie et un équipement spécialisé, ce qui les rend moins attractives pour la production à grande échelle.
L'équipe du KRICT a développé un procédé basé sur le contrôle de la teneur en humidité de la cellulose pendant le broyage et le séchage, combiné à un traitement de surface avec du dimère de cétène alkyle.
Le séchage au four conventionnel devient possibleLes chercheurs ont identifié le point de saturation en fibres de la cellulose dérivée du chanvre et ont maintenu une humidité suffisante pendant le traitement pour éviter une liaison hydrogène excessive entre les microfibrilles voisines.
Ils ont ensuite utilisé l'AKD pour introduire des chaînes alkyles hydrophobes à la surface de la cellulose, créant une séparation stérique supplémentaire entre les fibrilles.
Cette combinaison a permis de préserver la structure fine lors du séchage au four conventionnel, évitant ainsi le recours à la lyophilisation énergivore.
La résistance à la traction augmente de 26,2 %L'amélioration des performances a été significative lorsque la cellulose traitée a été incorporée à 10 % en poids dans le film TPS/PBAT.
La cellulose préparée par séchage conventionnel n'a augmenté la résistance à la traction que de 1,5 %, tandis que la cellulose produite par le nouveau procédé de contrôle d'humidité et de traitement de surface a augmenté la résistance à la traction de 26,2 %.
Ce résultat démontre l'importance de préserver la structure microfibrillaire plutôt que d'ajouter simplement des fibres agricoles non traitées à un polymère biodégradable.
Les performances barrières s'améliorent égalementLe film renforcé a montré des améliorations au-delà de la résistance mécanique.
La transmission de la vapeur d'eau a été réduite d'environ 17 %, tandis que la transmission d'oxygène a diminué d'environ 9 % par rapport au matériau non renforcé correspondant.
Ces améliorations sont particulièrement pertinentes pour l'emballage, car les barrières à l'humidité et à l'oxygène influencent la stabilité du produit et la durée de conservation.
Les déchets agricoles deviennent un ingrédient fonctionnel pour l'emballageCe développement illustre une approche plus large de l'utilisation de la biomasse dans laquelle les résidus agricoles sont transformés en composants fonctionnels plutôt que simplement utilisés pour la récupération d'énergie à faible valeur.
La chènevotte pourrait fournir une source renouvelable de renforcement en cellulose tout en réduisant simultanément la quantité de déchets agricoles nécessitant une élimination ou un traitement alternatif.
La même approche pourrait potentiellement être étendue à d'autres résidus riches en cellulose, y compris les tiges de soja et la paille de riz.
La montée en échelle reste le prochain défiLa recherche est encore au stade de développement et des travaux supplémentaires seront nécessaires avant que le matériau puisse être envisagé pour des applications commerciales d'emballage.
Les études futures devront évaluer le traitement à grande échelle, la cohérence des matières premières agricoles, la compatibilité avec le contact alimentaire, le comportement de scellement, la performance en durée de vie et les conditions de fin de vie.
L'économie de la collecte et du traitement de la chènevotte déterminera également si le matériau peut concurrencer les sources établies de cellulose et d'autres technologies de renforcement biodégradables.
Le renforcement issu des déchets pourrait étendre l'emballage biodégradableLa recherche du KRICT démontre comment l'amélioration de la structure interne d'un film biodégradable peut résoudre certaines des limitations de performance qui ont freiné une adoption plus large.
Combiner des polymères biodégradables avec de
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