FR3008703A1

FR3008703A1 - Procede pour l'obtention d'un compound biodegradable et/ou compostable a partir de fibres vegetales.

Info

Publication number: FR3008703A1
Application number: FR1357014A
Authority: FR
Inventors: Rene Marchal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2015-01-23
Anticipated expiration: 2033-07-17
Also published as: FR3008703B1

Abstract

La présente invention est relative à un procédé pour l'obtention d'un compound biodégradable et/ou compostable à partir de fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum), ledit compound étant apte ensuite à être utilisé en plasturgie pour la fabrication de produits finis en matière bioplastique, ledit procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes : - à partir de matériel végétal de départ, on prépare les fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum) ; - on mélange lesdites fibres végétales avec un composant cellulosique solide et avec un composant cellulosique liquide pour obtenir ledit compound, ce dernier comportant entre 0.1 et 40% en poids de fibres végétales, entre 10 et 70% en poids de composant cellulosique solide et entre 5 et 40% de composant cellulosique liquide, par rapport au poids total dudit compound.

Description

La présente invention concerne le domaine des biomatériaux, et plus particulièrement des bioplastiques. La présente invention trouvera son application principalement dans le domaine de la fabrication de tous types 5 d'objets en matière plastique. L'invention concerne plus particulièrement un procédé pour l'obtention d'un matériau, appelé « compound », et comportant un mélange comprenant notamment des fibres végétales, également appelé biomatériau ou bioplastique, ledit matériau pouvant être 10 utilisé ensuite dans les procédés mis en oeuvre en plasturgie pour l'obtention d'objets variés. Traditionnellement, les objets plastiques obtenus dans l'état de la technique sont issus de la pétrochimie et nécessitent l'emploi de ressources fossiles. 15 On connait notamment des objets en plastiques obtenus à partir de polychlorure de vinyle (PVC) ou à partir d'une résine formée d'un mélange de copolymère de styrène et d'acrylonitrile avec un copolymère de butadiène et d'acrylonitrile, dénommée acrylonitrile butadiène styrène (ABS). 20 D'autres objets en matière plastique sont fabriqués en polypropylène (PP), obtenu par la mise en oeuvre d'une polymérisation coordinative de monomères de propylène en présence de catalyseurs, ou encore en polyéthylène (PE), résultant de la polymérisation de monomères d'éthylène par voie radicalaire. 25 Enfin, les objets en plastique peuvent encore être fabriqués à base de polystyrène (PS), ce dernier étant obtenu par la polymérisation de monomères de styrène. Cependant, les matériaux susmentionnés, PVC, ABS, PP, PE et PS, proviennent de la transformation du pétrole, qui consiste en 30 une matière première d'origine fossile et non renouvelable. En outre, ces matériaux présentent l'inconvénient d'une dégradation particulièrement lente. Cela pose un problème dans la gestion des déchets, étant donné que les objets plastiques présentent généralement une durée 35 de vie limitée, et sont rapidement jetés, et que, d'autre part, le recyclage des matières plastiques n'est pas généralisé.

La résultante d'une utilisation quasi-systématique de matériaux plastiques d'origine fossile consiste en une aggravation de la pollution de la planète, d'autant plus que les déchets plastiques sont souvent incinérés, faute de procédés de recyclage performants et peu couteux. Pour remédier à cela, on cherche à développer, depuis une quinzaine d'années, des matériaux plastique d'origine biosourcée, ou bioplastiques, provenant plus précisément de ressources végétales.

Ainsi, l'on connait notamment des objets plastiques obtenus à partir de pommes de terre, de canne à sucre ou encore de céréales, telles que le maïs ou le blé. A titre d'exemple, le document FR 2 923 932 décrit une carte à puce composée d'acide polylactique (PLA) ou de poly-e 15 caprolactone (PCL) obtenus à partir de fécule de maïs, de pomme de terre, de patate douce ou encore de canne à sucre. Les objets plastiques ayant une origine biosourcée présentent l'avantage d'être généralement plus aisément biodégradables, et/ou compostables, ou au moins renouvelables, 20 par rapport aux objets obtenus à partir de ressources fossiles. Cependant, en contrepartie, ces objets présentent un certains nombres d'inconvénients. En particulier, les matières premières susmentionnées sont issues de ressources alimentaires ; cela pose un problème dans la 25 mesure où l'on utilise des ressources pouvant être destinées à l'alimentation humaine pour la fabrication d'objets plastiques. En effet, les surfaces agricoles sont détournées de leur fonction première liée à une production de denrées pour nourrir l'humanité. De plus, la grande majorité des bioplastiques issus de ces 30 ressources sont tout de même fortement dépendants du pétrole comme source d'énergie, celle-ci étant nécessaire au fonctionnement des machines agricoles et à l'irrigation des cultures, à la production d'engrais. De telles cultures entrainent également inévitablement une consommation importante de produits chimiques, tels que les 35 pesticides, fongicides et herbicides. En conséquence, certains bioplastiques présentent un impact négatif sur l'environnement.

On a alors cherché à utiliser d'autres ressources, telles que notamment les déchets alimentaires, les algues, ou encore les déchets du bois, tels que la sciure et les copeaux, comme décrit dans le document de brevet FR 2208781.

Les documents de l'état de la technique WO 00/48121 et CH 694188 décrivent, quant à eux, l'utilisation de fibres végétales provenant d'une plante appelée Roseau de Chine, et appartenant à l'espèce Miscanthus giganteus, pour l'obtention de granules destinés à permettre la fabrication notamment de cartes biodégradables, par exemple des cartes de crédit. Les fibres végétales de Miscanthus sont particulièrement intéressantes, et permettent de remédier aux inconvénients de l'utilisation des végétaux mentionnés plus haut. Cependant, les autres composants utilisés dans le mélange 15 pour l'obtention des granules ne permettent pas l'obtention d'une structure optimale pour la fabrication de produit plastique d'origine biosourcée. Pour remédier à cela, l'invention propose un procédé pour l'obtention d'un compound, qui est au moins partiellement 20 biodégradable et/ou compostable, à partir de fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum), ledit compound étant apte ensuite à être utilisé en plasturgie pour la fabrication de produits finis en matière bioplastique, ledit procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte au moins les 25 étapes suivantes : - à partir de matériel végétal de départ, on prépare les fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum) on mélange lesdites fibres végétales avec un composant 30 cellulosique solide et avec un composant cellulosique liquide pour obtenir ledit compound, ce dernier comportant entre 0.1 et 40% en poids de fibres végétales, entre 10 et 70% en poids de composant cellulosique solide et entre 5 et 40% de composant cellulosique liquide, par 35 rapport au poids total dudit compound.

Le terme « compound » permet de désigner ici le mélange comportant au moins des fibres végétales, un composant cellulosique liquide et un composant cellulosique solide, et pouvant être utilisé en plasturgie pour la fabrication de tous types d'objets plastiques. Selon d'autres caractéristiques additionnelles de l'invention : - on peut préparer les fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum) à l'aide d'une vis sans fin ou par broyage ; - suite à l'étape de préparation des fibres de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum), on peut soumettre celles-ci à un dépoussiérage et/ou à un séchage par air chaud ; - la longueur des fibres obtenues suite à l'étape de préparation est inférieure ou égale à 7 millimètres ; - on peut ajouter, dans le compound comportant les fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum), le composant cellulosique solide et le composant cellulosique liquide, une proportion comprise entre 0.1 et 30% en poids d'un colorant d'origine végétale et/ou de pigments végétaux par rapport au poids total dudit compound ; - les proportions des différents composants dudit compound peuvent être définies par au moins une formulation spécifique attribuée, en fonction des caractéristiques du produit fini à réaliser ; - le procédé peut comporter encore une étape dans laquelle on réalise une extrusion sur ledit compound pour obtenir des granulés, fils, tubes, tuyaux, profilés, films, plaques, ou toute autre forme adaptée ; on peut extruder le compound par l'intermédiaire d'une presse à cube ou par une extrudeuse à vis rotative et/ou co-rotative ou par une extrudeuse à bi-vis co-rotative.

La présente invention concerne également un produit issu du procédé selon l'invention, notamment de type granulés, fils, tubes, tuyaux, profilés, films, plaques, ledit produit étant caractérisé par sa composition comprenant entre 0.1 et 40% en poids de fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum), entre 10 et 70% en poids de composant cellulosique solide et entre 5 et 40% de composant cellulosique liquide, par rapport au poids total dudit produit. Un tel produit peut notamment être utilisé pour la fabrication d'un produit fini en matière bioplastique, comme par exemple des supports de cartes à puce et/ou de cartes à bande 10 magnétique. La présente invention comporte de nombreux avantages. D'une part, le compound issu de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention permet l'obtention notamment de granulés, fils, tubes, tuyaux, profilés, films, plaques, ou toute autre forme adaptée, 15 ceux-ci permettant ensuite aux plasturgistes de fabriquer des objets, ou produits finis, en plastique d'origine biosourcée, lesdits produits finis étant au moins partiellement, voire totalement, biodégradables et/ou compostables, notamment par l'intermédiaire d'un procédé microbiologique similaire à celui 20 qui se produit dans un compost. Les ressources utilisées dans le procédé selon l'invention, à savoir les fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum) présentent, quant à elles, l'avantage de ne pas être issues de cultures vivrières. 25 De plus, ces fibres ne proviennent de préférence pas d'un organisme génétiquement modifié (OGM) et ne nécessitent pas d'additifs toxiques ou d'origine fossile lors de la fabrication ultérieure des objets en plastiques. De ce fait, l'utilisation de ces fibres limite de manière 30 considérable la pollution liée à la fabrication de plastiques. En outre, les végétaux à l'origine des fibres végétales susmentionnées peuvent être cultivés en grandes quantités et avec un excellent rendement dans les régions tempérées, notamment en Europe, sans nécessiter d'apport d'eau trop important, ni de 35 produits de traitement d'origine chimique de type engrais, pesticides, fongicides ou herbicides.

Par ailleurs, le procédé selon l'invention, et notamment les composants utilisés pour la réalisation du mélange en vue de l'obtention du compound et leurs proportions respectives, permettent une homogénéité optimale, ainsi qu'une rigidité et une robustesse particulièrement intéressantes sur le produit fini. Pour en revenir à présent au procédé selon l'invention proprement dit, celui-ci permet l'obtention d'un compound compostable et/ou biodégradable, destiné à être utilisé ensuite en plasturgie, dans les processus classiques de fabrication de produits finis à base de plastique. Le compound obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention l'est à partir notamment de fibres végétales. Plus précisément, ces fibres peuvent provenir d'une plante herbacée appartenant au genre Miscanthus et/ou d'une variété de céréale sauvage appartenant à l'espèce Panicum virgatum, également plus connue sous la dénomination vernaculaire « Switchgrass ». Ces végétaux sont tous deux des plantes herbacées appartenant à la famille des Poaceae. Selon un mode de réalisation particulier, on utilise, dans le procédé selon l'invention, des fibres végétales issues de l'espèce Miscanthus giganteus, également connu sous les dénominations « Roseau de Chine » ou « Herbe à éléphant », et qui est un hybride résultant du croisement de Miscanthus sinensis avec Miscanthus sacchariflor Le Miscanthus, et plus particulièrement le Miscanthus giganteus, présente notamment l'avantage de pouvoir être cultivé en grandes quantités dans les régions tempérées, notamment en Europe. Le Miscanthus giganteus n'est pas une plante invasive du fait de la triploïdie de ses cellules qui le rende stérile. De plus, la culture du Miscanthus giganteus ne nécessite aucun apport en eau, autre que les eaux pluviales, sauf éventuellement en cas de sécheresse extrême ou alors au moment de sa plantation. Par ailleurs, son rendement de 10 à 25 tonnes/hectare est particulièrement exceptionnel, et les cultures de Miscanthus 35 giganteus ne nécessitent aucun apport en engrais, pesticides, fongicides, herbicides ou autres produits chimiques, la plante susmentionnée étant particulièrement résistante aux agents pathogènes. Les fibres végétales cellulosiques de Miscanthus confèrent aux produits finis, obtenus à partir du compound issu du procédé 5 selon l'invention, une résistance et une flexibilité similaires aux objets plastiques d'origine pétrolifère. En ce qui concerne à présent l'espèce Panicum virgatum, ou Switchgrass, celle-ci consiste en une céréale sauvage herbacée, annuelle ou vivace, qui est répandue notamment sur le territoire 10 des Etats-Unis. Sa culture se généralise également dans les pays tempérés en Europe. Dans le procédé selon l'invention, il est donc possible d'utiliser soit des fibres végétales provenant de Miscanthus, soit des fibres végétales provenant de l'espèce Panicum virgatum, ou 15 encore d'utiliser un mélange de fibres végétales provenant de ces deux plantes. Les fibres végétales sont préparées, à partir du matériel végétal de départ constitué par les tiges et/ou les feuilles, du Miscanthus et/ou du Switchgrass (Panicum virgatum), soit à l'aide 20 d'une vis sans fin ou par la mise en oeuvre d'une étape de broyage traditionnel. De préférence, suite à l'étape de préparation des fibres végétales, celles-ci présentent une longueur inférieure ou égale à 7 millimètres. De préférence, lesdites fibres végétales 25 présentent une longueur comprise en 0.1 et 4mm. Une telle longueur dépend du paramétrage de la machine, utilisée pour la préparation des fibres, et du tamis, et cela permet d'assurer une bonne homogénéité au mélange réalisé ultérieurement dans le procédé. Une fois les fibres obtenues, celles-ci peuvent, selon un 30 mode de réalisation avantageux, subir une étape de dépoussiérage et/ou un séchage, par exemple en les mettant en contact avec de l'air chaud, notamment pour éliminer toute trace d'humidité résiduelle. L'étape suivante du procédé selon l'invention consiste en 35 une étape de mélange entre les différents composants constitutifs du compound, c'est-à-dire au moins : - des fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum) dans une proportion comprise entre 0.1 et 40% en poids, de préférence entre 0.1 et 30% en poids, par rapport au poids total du compound; - un composant cellulosique solide dans une proportion comprise entre 10 et 70%, de préférence entre 30 et 70% en poids ; - un composant cellulosique liquide dans une proportion comprise entre 5 et 40% en poids, de préférence entre 15 et 40% en poids, par rapport au poids total du compound ; - de façon optionnelle, un colorant d'origine végétale et/ou des pigments végétaux sont introduits dans ledit mélange, dans une proportion comprise entre 0.1 et 30% en poids, de préférence entre 0.1 et 10% en poids, par rapport au poids total du compound. Le composant cellulosique solide permet de remplir, au sein du mélange permettant l'obtention du compound, la fonction de matrice qui permettra par la suite de conférer une bonne rigidité au produit fini. Le composant cellulosique solide peut notamment être à base d'ester acétate de cellulose, par exemple issu de la cellulose d'arbre cultivés en Europe. En ce qui concerne le composant cellulosique liquide, il remplit la fonction de plastifiant et permet d'apporter, dans les proportions définies ci-dessus, souplesse, flexibilité et/ou résistance mécanique au produit fini obtenu à partir du compound issu de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le composant cellulosique liquide peut être avantageusement d'origine naturelle. Cependant, cela n'est pas limitatif et il peut encore être obtenu par formulation chimique. Ainsi, le composant cellulosique liquide peut notamment consister en un triester de glycérol et de l'acide acétique. Il peut également être obtenu par estérification de la glycérine naturelle, généralement utilisée comme additif alimentaire.

Selon un exemple de réalisation particulièrement avantageux, les proportions précises des différents composants à introduire dans le mélange lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour l'obtention du compound sont déterminées par au moins une formulation déterminée en fonction des caractéristiques du produit fini que l'on souhaite obtenir.

Ainsi, dans le cas où on désire fabriquer un produit fini présentant une certaine rigidité et robustesse, le mélange réalisé au moment du procédé comportera une proportion de fibres relativement élevée, par exemple entre 5 et 40% en poids par rapport au poids total. Inversement, si l'on recherche à fabriquer un produit fini plus souple et plus transparent, la proportion de fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum) dans le mélange sera plus faible, par exemple entre 0.1 et 15% en poids par rapport au poids total. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, le procédé selon l'invention comporte encore une étape d'extrusion sur le compound comportant au moins les fibres végétales, le composant cellulosique liquide et le composant cellulosique solide. Cette étape d'extrusion du mélange permet l'obtention de granulés, fils, tubes, tuyaux, profilés, films, plaques, ou autres produits de forme adaptée, qui pourront ensuite être utilisés en plasturgie pour la fabrication de tous types de produits finis en matière plastique. L'extrusion peut être réalisée sur le mélange par la mise en oeuvre d'une presse à cube ou d'une extrudeuse à vis rotative et/ou à vis co-rotative ou encore par une extrudeuse à bi-vis corotative, cette dernière étant notamment particulièrement adaptée pour une production de granulés, ou autres, à échelle industrielle. En particulier, lorsque l'on souhaite obtenir du compound 30 sous forme de fil, tube, tuyau, profilé, ledit compound est passé au travers d'une filière ou d'une trémie lors d'une étape d'extrusion. Lorsque le produit à fabriquer consiste en des granulés, l'extrusion est réalisée au couteau, qui permet d'obtenir des 35 granulés de diamètre et de longueur voulus et contrôlés, qui ne nécessiteront avantageusement aucun usinage ultérieur, ni - 10- modification significatives des moules existants, pour leur mise en oeuvre en plasturgie. D'autres procédés d'extrusion peuvent également être appliqués au compound obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, par exemple l'extrusion gainage, l'extrusion calandrage, l'extrusion en filière plate, l'extrusion gonflage, l'extrusion soufflage, le filage, ou encore la co-extrusion. Les produits issus du procédé selon l'invention, par exemple de type granulés, fils, tubes, tuyaux, profilés, films, plaques ou autres, présentent une composition comprenant entre 0.1 et 40% en poids de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum) par rapport au poids total des produits, entre 10 et 70% en poids de composant cellulosique solide et entre 5 et 40% de composant cellulosique liquide.

Ces produits peuvent ensuite être utilisés en plasturgie pour fabriquer toute sorte de produits finis en matière bioplastique, comme par exemple des supports de carte à puce et/ou de carte à bande magnétique, en mettant en oeuvre des techniques et des machines traditionnelles de ce domaine.

Les produits finis en matière bioplastique, fabriqués à partir du compound obtenu selon le procédé de l'invention, présentent de manière particulièrement avantageuse une rigidité ou une souplesse permettant de substituer ces produits finis à ceux traditionnellement obtenus à partir de matières premières d'origine fossile ou de bioplastiques ayant des composants ou déchets alimentaires, par exemple d'algues, d'huile de palme, etc. De plus, les produits finis fabriqués à partir de fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass, non alimentaires, sont insensibles à l'humidité et imperméables.30

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé pour l'obtention d'un compound biodégradable et/ou compostable à partir de fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum), ledit compound étant apte ensuite à être utilisé en plasturgie pour la fabrication de produits finis en matière bioplastique, ledit procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte au moins les étapes suivantes : - à partir de matériel végétal de départ, on prépare les fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum) ; - on mélange lesdites fibres végétales avec un composant cellulosique solide et avec un composant cellulosique liquide pour obtenir ledit compound, ce dernier comportant entre 0.1 et 40% en poids de fibres végétales, entre 10 et 70% en poids de composant cellulosique solide et entre 5 et 40% de composant cellulosique liquide, par rapport au poids total dudit compound.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on prépare les fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum) à l'aide d'une vis sans fin ou par broyage.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, suite à l'étape de préparation des fibres de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum), on soumet celles-ci à un dépoussiérage et/ou à un séchage par air chaud.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la longueur des fibres obtenues suite à l'étape de préparation est inférieure ou égale à 7 millimètres.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on ajoute, dans le compound comportant les fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum), le composant cellulosique solide et le composant cellulosique liquide, une proportion- 12 - comprise entre 0.1 et 30% en poids d'un colorant d'origine végétale et/ou de pigments végétaux par rapport au poids total dudit compound.
6 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte encore une étape dans laquelle on réalise une extrusion sur ledit compound pour obtenir des granulés, fils, tubes, tuyaux, profilés, films, plaques, ou toute autre forme adaptée.
7 Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on extrude le compound par l'intermédiaire d'une presse à cube ou par une extrudeuse à vis rotative et/ou à vis co-rotative ou par une extrudeuse à bi-vis co-rotative.
8 Produit issu du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, notamment de type granulés, fils, tubes, tuyaux, profilés, films, plaques, ledit produit étant caractérisé par sa composition comprenant entre 0.1 et 40% en poids de fibres végétales de Miscanthus et/ou de Switchgrass (Panicum virgatum), entre 10 et 70% en poids de composant cellulosique solide et entre 5 et 40% de composant cellulosique liquide, par rapport au poids total dudit produit.
9 Utilisation du produit selon la revendication précédente pour la fabrication d'un produit fini en matière bioplastique.
10.Utilisation du produit selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9 pour la fabrication de supports de cartes à puce et/ou de cartes à bande magnétique.