FR2947205A1 - BIODEGRADABLE MULTILAYER MATERIAL AND PROCESS FOR OBTAINING SUCH MATERIAL - Google Patents
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Abstract
Un matériau multicouches selon la présente invention comporte : une première couche d'agromatériau biodégradable réalisée à base d'au moins 90% d'agro-ressources, et une couche de papier sur une face de ladite première couche, le papier étant recouvert sur une face d'une résine de telle sorte que la résine se trouve à l'extérieur du matériau multicouches. Un procédé de réalisation d'un tel matériau consiste par exemple à disposer dans un moule une feuille de papier recouverte de résine de telle sorte que ladite feuille recouvre au moins partiellement une paroi du moule, puis à injecter une agromatériau biodégradable réalisée à base d'au moins 90% d'agro-ressources selon un procédé d'étiquetage au moulage.A multilayer material according to the present invention comprises: a first biodegradable agromaterial layer made of at least 90% agro-resources, and a layer of paper on one side of said first layer, the paper being covered on a facing a resin so that the resin is outside the multilayer material. A method for producing such a material consists, for example, in placing in a mold a sheet of paper covered with resin so that said sheet covers at least partially a wall of the mold, then injecting a biodegradable agromaterial made from at least 90% of agro-resources according to a molding labeling method.
Description
La présente invention concerne un matériau multicouches biodégradable ainsi qu'un procédé pour l'obtention d'un tel matériau. Les matériaux biodégradables sont de plus en plus présents dans notre environnement. Ils sont le plus souvent réalisés à partir de matières végétales alors que les matériaux concurrents sont le plus souvent réalisés à partir de polymères ou autres composés issus de la pétrochimie. L'utilisation de matériaux biodégradables permet donc d'économiser des ressources énergétiques de la planète. En outre, les matériaux biodégradables sont faciles à traiter après leur utilisation. Ils sont donc valorisables sans être incinérés ou soumis à d'autres transformations. La présente invention concerne plus particulièrement le domaine d'application de l'emballage. Dans ce domaine, on utilise par exemple des barquettes pour emballer des aliments. II est connu ici d'utiliser par exemple un matériau appelé PLA (abréviations pour acide polylactique). Ce matériau est utilisé soit pur, soit mélangé à d'autres matériaux biodégradables. Lorsqu'il est utilisé pur le PLA est étanche à l'eau mais présente toutefois l'inconvénient d'être cassant. II est donc le plus souvent mélangé à un autre matériau biodégradable. Un autre inconvénient des matériaux biodégradables, y compris le PLA, est qu'ils ne forment pas une barrière aux gaz, par exemple l'oxygène. Dans le domaine de l'emballage alimentaire, si une barquette en matériau biodégradable est utilisée et que l'on souhaite réaliser une barrière aux gaz (et éventuellement à l'eau) un film, le plus souvent non-biodégradable, est utilisé. La présente invention a alors pour but de fournir un matériau biodégradable étanche à l'eau et/ou barrière aux gaz ainsi qu'un procédé permettant d'obtenir un tel matériau. À cet effet, la présente invention propose un matériau multicouches comportant une première couche d'agromatériau réalisée à base d'au moins 90% d'agro-ressources. Selon la présente invention, ladite première couche est associée à une couche de papier sur une face, le papier est recouvert sur une face de résine et le papier est disposé dans le matériau multicouches de manière à ce que la résine se trouve à l'extérieur. Il a été remarqué que de façon surprenante le papier adhérait très bien aux agromatériaux biodégradables et pouvait donc être combiné à de telles matières pour augmenter les performances du matériau biodégradable. Le matériau multicouches est réalisé à base essentiellement d'agroressources qui sont les végétaux fournissant des composés de base nécessaires à l'énergie, la chimie et les matériaux, notamment : des lipides et protéines obtenus à partir de colza, tournesol, soja, lin, ..., des glucides obtenues à partir de cultures céréalières et betteravières, des fibres lignocellulosiques provenant de résidus de cultures, tels de la paille, de plantes annuelles telles le chanvre et le sorgho par exemple, et de la sylviculture, ainsi que des molécules spécifiques issues de coproduits de diverses plantes, ces agro-ressources étant ou non transformées, la transformation pouvant conduire à des matériaux tels du PLA (acide polylactique), du PHB (poly hydroxy butyrate), du PHA (poly hydroxy alkanoate), des polyesters biodégradables, .... Pour augmenter les performances du matériau multicouches en termes d'étanchéité l'eau et former aussi une barrière aux gaz, le papier est recouvert sur une face d'une résine, et le papier est disposé dans le matériau multicouche de manière à ce que la résine se trouve à l'extérieur. Il convient ici de conserver une liaison directe entre le papier et l'agromatériau. Avantageusement, le papier utilisé est du papier kraft. Un tel papier est d'une part connu pour ses propriétés mécaniques et est d'autre part biodégradable. Une forme de réalisation préférée d'un matériau multicouches selon la présente invention prévoit que la couche d'agromatériau présente la composition suivante, les pourcentages étant exprimés en poids de la matière sèche : - entre 20% et 60% d'amidon, - entre 3% et 20% de protéines, - entre 15% et 60% de cellulose, d'hémicellulose et de lignine, - entre 1% et 15% de lipides, et - entre 0,01% et 10% de sucres. La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un matériau multicouches. Selon l'invention, ce procédé consiste à disposer dans un moule une feuille de papier recouvert sur une face d'une résine de telle sorte que ladite feuille recouvre au moins partiellement une paroi du moule et que la face recouverte de résine soit disposée contre la paroi du moule, puis à injecter une matière biodégradable réalisée à base d'au moins 90% d'agro-ressources selon un procédé d'étiquetage au moulage de manière à ce que la résine se trouve à l'extérieur du matériau multicouche après injection. Un procédé d'étiquetage au moulage est couramment désigné par l'acronyme IML, de l'anglais "In-Mold Labelling". The present invention relates to a biodegradable multilayer material and a method for obtaining such a material. Biodegradable materials are increasingly present in our environment. They are most often made from plant materials while competing materials are most often made from polymers or other compounds derived from petrochemicals. The use of biodegradable materials therefore saves energy resources of the planet. In addition, the biodegradable materials are easy to treat after use. They are therefore recoverable without being incinerated or subjected to other transformations. The present invention relates more particularly to the field of application of the package. In this field, trays are used, for example, for packaging food. It is known here to use for example a material called PLA (abbreviations for polylactic acid). This material is used either pure or mixed with other biodegradable materials. When used for PLA is waterproof but has the disadvantage of being brittle. It is therefore most often mixed with another biodegradable material. Another disadvantage of biodegradable materials, including PLA, is that they do not form a gas barrier, for example oxygen. In the field of food packaging, if a tray of biodegradable material is used and that it is desired to achieve a barrier to gases (and possibly water) a film, usually non-biodegradable, is used. The present invention therefore aims to provide a biodegradable material waterproof and / or gas barrier and a method for obtaining such a material. For this purpose, the present invention provides a multilayer material comprising a first agromaterial layer made from at least 90% agro-resources. According to the present invention, said first layer is associated with a paper layer on one side, the paper is coated on one side of resin and the paper is disposed in the multilayer material so that the resin is on the outside . Surprisingly, it has been observed that the paper adheres very well to biodegradable agromaterials and could therefore be combined with such materials to increase the performance of the biodegradable material. The multilayer material is made essentially from agroresources which are the plants providing the basic compounds necessary for energy, chemistry and materials, in particular: lipids and proteins obtained from rapeseed, sunflower, soybean, linseed, ..., carbohydrates obtained from cereal and sugar beet crops, lignocellulosic fibers from crop residues, such as straw, annual crops such as hemp and sorghum, and silviculture, as well as specific products derived from co-products of various plants, these agro-resources being or not transformed, the transformation being able to lead to materials such as PLA (polylactic acid), PHB (polyhydroxy butyrate), PHA (polyhydroxyalkanoate), polyesters biodegradable, .... To increase the performance of the multilayer material in terms of water tightness and also form a barrier to gases, the paper is coated on one side with a resin, and the paper is disposed in the multilayer material so that the resin is on the outside. Here it is necessary to maintain a direct connection between the paper and the agromaterial. Advantageously, the paper used is kraft paper. Such a paper is on the one hand known for its mechanical properties and on the other hand is biodegradable. A preferred embodiment of a multilayer material according to the present invention provides that the agromaterial layer has the following composition, the percentages being expressed by weight of the dry matter: between 20% and 60% of starch, between 3% and 20% of proteins, - between 15% and 60% of cellulose, hemicellulose and lignin, - between 1% and 15% of lipids, and - between 0.01% and 10% of sugars. The present invention also relates to a method of producing a multilayer material. According to the invention, this method consists in disposing in a mold a sheet of paper covered on one side with a resin such that said sheet at least partially covers a wall of the mold and that the face covered with resin is disposed against the mold wall, then to inject a biodegradable material made of at least 90% agro-resources according to a molding labeling method so that the resin is outside the multilayer material after injection . A molding labeling method is commonly referred to by the acronym IML, "In-Mold Labeling".
Dans un tel procédé, le papier utilisé est de préférence un papier kraft. La présente invention concerne également une barquette destinée à l'emballage de produits alimentaires, caractérisée en ce qu'elle est réalisée dans un matériau multicouches tel que décrit plus haut. Dans une telle barquette, le papier est de préférence disposé à l'intérieur de la barquette. Pour obtenir une barquette étanche à l'eau et formant barrière aux gaz, le papier utilisé est de préférence du papier kraft associé à une résine biodégradable sous forme de film. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui suit, décrivant quelques exemples de réalisation de l'invention ainsi qu'un procédé selon l'invention. In such a process, the paper used is preferably a kraft paper. The present invention also relates to a tray for packaging food products, characterized in that it is made of a multilayer material as described above. In such a tray, the paper is preferably disposed within the tray. In order to obtain a water-tight and gas-barrier tray, the paper used is preferably kraft paper combined with a biodegradable resin in the form of a film. The present invention will be better understood with the aid of the detailed description which follows, describing some examples of embodiment of the invention as well as a method according to the invention.
La présente invention concerne la réalisation d'un matériau multicouches qui est de préférence entièrement biodégradable et qui peut être utilisé notamment pour la réalisation d'emballages. Pour l'emballage de certains produits alimentaires, il convient d'utiliser un emballage qui forme une barrière aux gaz et/ou soit étanche à l'eau. The present invention relates to the production of a multilayer material which is preferably entirely biodegradable and which can be used in particular for the production of packaging. For the packaging of certain food products, a packaging that forms a gas barrier and / or is watertight should be used.
Les agromatériaux biodégradables décrits par exemple dans le document FR-2 783 740 ne permettent pas de réaliser une telle étanchéité. L'idée à l'origine de la présente invention est d'associer à de tels matériaux un film pour former une barrière aux gaz qui soit de préférence également étanche à l'eau. De nombreux essais ont été effectués mais en vain. En effet, il est difficile d'obtenir une bonne cohésion entre un film étanche et l'agromatériau. De façon surprenante, il a été constaté qu'un agromatériau biodégradable injectable, de type de ceux décrits dans le document FR-2 783 740, se liait très bien avec du papier en utilisant par exemple un procédé d'étiquetage au moulage. Un tel procédé est plus connu sous les initiales IML (de l'anglais In- Mold Labelling). Selon une forme de réalisation préférée, un matériau multicouches selon l'invention est constitué d'une couche d'agromatériau biodégradable, d'une couche de papier ainsi que d'une couche de résine, la couche de papier étant en sandwich entre l'agromatériau et la résine. The biodegradable agromaterials described for example in document FR-2 783 740 do not make it possible to achieve such a seal. The idea behind the present invention is to associate with such materials a film to form a gas barrier which is preferably also waterproof. Many tests have been done but to no avail. Indeed, it is difficult to obtain good cohesion between a sealed film and agromaterial. Surprisingly, it has been found that an injectable biodegradable agromaterial, of the type described in FR-2 783 740, binds very well with paper using, for example, a molding labeling method. Such a method is better known under the initials IML (English In-Mold Labeling). According to a preferred embodiment, a multilayer material according to the invention consists of a biodegradable agromaterial layer, a layer of paper and a layer of resin, the layer of paper being sandwiched between the agromaterial and the resin.
L'agromatériau biodégradable peut être constitué de fibres, d'amidon et d'un adjuvent tel par exemple du PLA (abréviations anglaises de Poly Lactic Acid ou en français, acide polylactique) ou des polyesters biodégradables. L'agromatériau utilisé ici est constitué de préférence de plus de 90% (sur la matière sèche) de composés issus d'agro-ressources, c'est-à-dire de composants tels par exemple l'amidon, des farines, des fibres, des polyesters biodégradables, etc.. La proportion de ces composés issus d'agroressources peut même être de préférence de 100% mais il peut contenir aussi des composants tels des colorants par exemple non issus d'agro-ressources. The biodegradable agromaterial may consist of fibers, starch and an adjuvant such as for example PLA (English abbreviations of Poly Lactic Acid or in French, polylactic acid) or biodegradable polyesters. The agromaterial used here preferably consists of more than 90% (on the dry matter) of compounds derived from agro-resources, that is to say from components such as starch, flours, fibers biodegradable polyesters, etc. The proportion of these compounds from agroresources can even be preferably 100% but it can also contain components such as dyes, for example not from agro-resources.
De préférence, l'agromatériau biodégradable est un matériau à base de matière végétale issue d'au moins une plante céréalière entière. Le document FR-2 783 740 indique un procédé pour obtenir de tels matériaux et donne des exemples de tels matériaux. On utilisera ici par exemple un agromatériau biodégradable obtenu à partir de granulats, lesdits granulats présentant une composition telle que (les pourcentages étant exprimés en poids par rapport à la matière sèche) : entre 20% et 60% d'amidon entre 3% et 20% de protéines entre 15% et 60% de cellulose, d'hémicellulose et de lignine, 20 entre 1% et 15% de lipides, et entre 0,01% et 10% de sucres. De tels granulats, ayant éventuellement subi une extrusion, présentent un comportement comparable à celui d'un matériau thermoplastique et peuvent alors être injectés dans un moule. L'utilisation de tels granulats est tout à fait 25 comparable à celle des matières plastiques synthétiques telles le polyéthylène, le polypropylène et le polystyrène. On peut utiliser ici, à titre d'exemple non limitatif, des matériaux tels ceux obtenus lors de la mise en oeuvre des procédés décrits dans les exemples 1 à 4 du document FR-2 783 740. 30 Dans le multicouches selon l'invention, l'épaisseur de la couche d'agromatériau dépendra de l'utilisation que l'on souhaite faire du matériau multcouches. En fonction de la résistance mécanique souhaitée, l'agromatériau présentera une épaisseur plus ou moins importante. Dans le domaine de l'emballage, on prévoira par exemple une épaisseur de l'ordre du millimètre ou de quelques millimètres. Le papier utilisé pour la réalisation d'un multicouches selon la présente invention est de préférence du papier connu sous le nom de papier kraft. Un tel papier est biodégradable. Le multicouches obtenu en associant le matériau biodégradable décrit ci-avant et le papier kraft sera donc lui aussi biodégradable. Ce type de papier présente également l'avantage d'être très résistant. II est obtenu avec des pâtes à base de bois traitées à la soude. Le bois utilisé généralement est du bois résineux, de type pin ou sapin. Le papier utilisé ici peut présenter différents grammages en fonction de l'utilisation faite du matériau multicouches. À titre d'exemple non limitatif, le papier kraft utilisé présente un grammage compris entre 40 et 180 g/m2. Enfin, la résine utilisée est elle aussi de préférence biodégradable. Une telle résine est par exemple connue sous la marque déposée NatureFlex. On peut citer ici à titre d'exemple non limitatif l'utilisation d'un film biodégradable tel que décrit dans le document WO-2009/024812, pour réaliser la couche de résine. Le terme résine est utilisé ici dans son sens large et désigne ici une matière organique solide, semi-solide ou pseudo-solide qui présente une tendance à fluer lorsqu'elle est soumise à une contrainte. Le matériau multicouches décrit ici, comportant une couche d'agromatériau biodégradable, une couche de papier kraft et une couche de résine sous forme d'un film commercialisé sous la marque NatureFlex est un matériau biodégradable selon la norme NF EN 13432. Pour réaliser un matériau multicouches selon la présente invention, il est proposé d'utiliser un procédé du type étiquetage au moulage en l'adaptant toutefois. Un produit multicouches selon l'invention comporte d'une part une couche d'agromatériau et d'autre part une couche de papier associée à une résine. Lorsque le papier est associé à une résine, celle-ci recouvre uniquement une face de la couche de papier et l'autre face de la couche de papier, non recouverte de résine, vient au contact direct de I'agromatériau biodégradable. Preferably, the biodegradable agromaterial is a plant material based on at least one whole cereal plant. FR-2 783 740 discloses a method for obtaining such materials and gives examples of such materials. For example, a biodegradable agromaterial obtained from aggregates will be used here, said granulates having a composition such that (the percentages being expressed by weight relative to the dry matter): between 20% and 60% of starch between 3% and 20%. % of proteins between 15% and 60% of cellulose, hemicellulose and lignin, between 1% and 15% of lipids, and between 0.01% and 10% of sugars. Such granules, having possibly undergone extrusion, exhibit a behavior comparable to that of a thermoplastic material and can then be injected into a mold. The use of such aggregates is quite comparable to that of synthetic plastics such as polyethylene, polypropylene and polystyrene. Nonlimiting examples of materials used can be used here, such as those obtained during the implementation of the processes described in Examples 1 to 4 of document FR-2 783 740. In the multilayers according to the invention, the thickness of the agromaterial layer will depend on the desired use of the multi-layer material. Depending on the desired strength, the agromaterial will have a greater or lesser thickness. In the field of packaging, for example, a thickness of the order of a millimeter or a few millimeters will be provided. The paper used for making a multilayer according to the present invention is preferably paper known as kraft paper. Such paper is biodegradable. The multilayer obtained by combining the biodegradable material described above and the kraft paper will therefore also be biodegradable. This type of paper also has the advantage of being very resistant. It is obtained with pasta based on wood treated with soda. The wood used generally is softwood, type pine or fir. The paper used here can have different weights depending on the use of the multilayer material. By way of non-limiting example, the kraft paper used has a grammage of between 40 and 180 g / m2. Finally, the resin used is also preferably biodegradable. Such a resin is for example known under the trademark NatureFlex. By way of nonlimiting example, mention may be made of the use of a biodegradable film as described in document WO-2009/024812, for producing the resin layer. The term "resin" is used here in its broad sense and here designates a solid, semi-solid or pseudo-solid organic material which has a tendency to flow when it is stressed. The multilayer material described here, comprising a layer of biodegradable agromaterial, a layer of kraft paper and a layer of resin in the form of a film marketed under the trademark NatureFlex is a biodegradable material according to standard NF EN 13432. To make a material multilayer according to the present invention, it is proposed to use a method of the labeling type molding but adapting it. A multilayer product according to the invention comprises firstly an agromaterial layer and secondly a layer of paper associated with a resin. When the paper is associated with a resin, it covers only one side of the paper layer and the other side of the paper layer, not covered with resin, comes into direct contact with the biodegradable agromaterial.
Le procédé d'étiquetage au moulage, connu également sous les initiales IML pour In-Mold Labelling, consiste à déposer une étiquette en matière synthétique dans un outillage d'injection lors de la fabrication d'un emballage, lui aussi en matière synthétique. II n'est pas du tout habituel d'utiliser un tel procédé avec du papier. En outre, quand il s'agit d'un étiquetage, l'étiquette est bien entendu collée sur la face extérieure de l'emballage pour être visible du consommateur. La présente invention propose de manière originale d'utiliser un procédé issu du procédé IML. II est proposé ici de placer dans le moule une feuille de papier, associée ou non à de la résine, notamment sous forme de film, dans l'outillage d'injection, une face de papier non recouvert se trouvant à l'intérieur de l'outillage. En outre, contrairement à un procédé IML habituellement utilisé, la couche de papier est déposée sur la paroi de l'outillage correspondant à la face intérieure de l'emballage (et non pas sa face extérieure). The molding labeling method, also known under the initials IML for In-Mold Labeling, consists in depositing a plastic label in an injection tool during the manufacture of a packaging, also made of synthetic material. It is not at all usual to use such a process with paper. In addition, when it comes to labeling, the label is of course glued to the outside of the package to be visible to the consumer. The present invention proposes in an original way to use a process resulting from the IML process. It is proposed here to place in the mold a sheet of paper, associated or not with resin, especially in the form of a film, in the injection tool, an uncoated paper face lying inside the mold. tooling. In addition, unlike an IML process usually used, the paper layer is deposited on the wall of the tool corresponding to the inner face of the package (and not its outer face).
Une fois l'outillage d'injection garni de la feuille de papier, de l'agromatériau biodégradable est injectée dans l'outillage par un procédé classique d'injection, connu de l'homme du métier et non décrit en détail ici. On obtient ainsi un matériau multicouches selon l'invention avec une excellente liaison entre le papier et l'agromatériau biodégradable qui a été injecté. Once the injection tool is lined with the paper sheet, biodegradable agromaterial is injected into the tooling by a conventional injection method, known to those skilled in the art and not described in detail here. A multilayer material according to the invention is thus obtained with an excellent bond between the paper and the biodegradable agromaterial which has been injected.
Le multicouches ainsi obtenu permet de réaliser une barrière aux gaz et d'obtenir une bonne étanchéité à l'eau. Ce matériau multicouches est bien adapté pour la réalisation d'emballages, notamment dans le domaine de l'alimentaire mais d'autres utilisations peuvent être envisagées. The multilayer thus obtained makes it possible to provide a gas barrier and to obtain a good watertightness. This multilayer material is well suited for the production of packaging, particularly in the field of food but other uses may be considered.
De toute façon, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation préférées décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi par exemple, d'autres procédés pourraient être mis en oeuvre pour obtenir un matériau multicouches selon la présente invention. Dans un tel matériau, de nombreuses variantes d'agromatériau peuvent être utilisées. Le papier est de préférence du papier kraft pour sa grande résistance mécanique et son caractère biodégradable mais d'autres papiers, de préférence biodégradables, peuvent être envisagés. Les exemples de résines utilisées sont également donnés à titre illustratifs et ne sont pas limitatifs. En fonction des caractéristiques que l'on souhaite obtenir, par exemple barrière à certains gaz, le choix des résines peut être adapté. La résine peut, au lieu de se présenter sous la forme d'un film, être pulvérisée par exemple à la surface du papier ou être associée au papier de toute autre manière. In any case, the present invention is not limited to the preferred embodiments described above by way of non-limiting examples. It also relates to all the variants within the scope of those skilled in the art within the scope of the claims below. For example, other methods could be implemented to obtain a multilayer material according to the present invention. In such a material, many variants of agromaterial can be used. The paper is preferably kraft paper for its high mechanical strength and its biodegradable character but other papers, preferably biodegradable, can be envisaged. The examples of resins used are also given for illustrative purposes and are not limiting. Depending on the characteristics that one wishes to obtain, for example barrier to certain gases, the choice of resins can be adapted. The resin may, instead of being in the form of a film, be sprayed for example on the surface of the paper or associated with the paper in any other way.
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