FR3107529A1 - Matériau thermoplastique à base de caséine et/ou de caséinate associé à un polymère hydrosoluble - Google Patents
Matériau thermoplastique à base de caséine et/ou de caséinate associé à un polymère hydrosoluble Download PDFInfo
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L89/00—Compositions of proteins; Compositions of derivatives thereof
- C08L89/005—Casein
Abstract
Le domaine de l'invention est celui des matériaux thermoplastiques, plus précisément celui des thermoplastiques à base de caséine et/ou caséinate. En particulier, la présente invention concerne un matériau thermoplastique, à base de caséine et/ou caséinate comprenant et/ou associé à un polymère hydrosoluble
Description
Le domaine de l'invention est celui des matériaux thermoplastiques, plus précisément celui des thermoplastiques à base de caséine et/ou caséinate.
En particulier, la présente invention concerne un matériau thermoplastique, à base de caséine et/ou caséinate comprenant et/ou associé à un polymère hydrosoluble.
Arrière-plan technologique
La diminution des ressources non renouvelables, telles que le pétrole, et l’augmentation de la pollution liée à ces ressources entrainent le développement de solutions alternatives moins polluantes et plus respectueuses de l’environnement.
Dans le domaine des plastiques, de nouvelles matières biodégradables sont développées. Ces nouveaux matériaux peuvent être fabriqués à partir de polymères d’origine naturelle ou de polymères synthétiques. Par exemple, des protéines végétales, telles que les protéines de maïs et de soja, ou des protéines animales peuvent être utilisées pour fabriquer des emballages.
Parmi les protéines animales, la caséine est particulièrement intéressante. En effet, cette protéine issue du lait est accessible en grande quantité et les films à base de caséine présentent une bonne transparence et une bonne biodégradabilité.
Le document FR2963013 décrit des granulés thermoplastiques biodégradables à base de caséine et/ou de caséinate et leur procédé de fabrication. Ces granulés peuvent être utilisés pour fabriquer des films thermoplastiques. Cependant, ces films thermoplastiques ne sont pas facilement exploitables industriellement. Par ailleurs, pour certaines applications, des propriétés particulières sont requises, en particulier des propriétés mécaniques améliorées et/ou une résistance chimique améliorée.
Dans ce contexte, la présente invention vise à satisfaire au moins l’un des objectifs suivants.
Un des objectifs de la présente invention est la fourniture d’un matériau thermoplastique, ayant des propriétés mécaniques améliorées.
Un autre objectif de la présente invention est la fourniture d’un matériau thermoplastique, ayant une résistance chimique améliorée.
Résumé
L’invention concerne en premier lieu matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble, le matériau thermoplastique comprenant:
- Au moins une caséine et/ou au moins un caséinate;
- De l’eau
- Au moins un plastifiant différent de b).
La présence du polymère hydrosoluble permet d’améliorer les propriétés mécaniques et/ou la résistance chimique du matériau thermoplastique.
L’invention concerne également un objet susceptible d’être obtenu après transformation par extrusion cast, extrusion soufflage, extrusion gonflage, voie solvant, calandrage, injection, thermoformage ou filage du matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble.
L’invention concerne également un film comprenant un matériau thermoplastique recouvert par un film de polymère hydrosoluble.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un matériau thermoplastique comprenant au moins un polymère hydrosoluble, comprenant les étapes suivantes:
- mise en œuvre d'une extrudeuse de préférence une extrudeuse bi-vis;
- introduction des composésa)àc)et du polymère hydrosoluble dans l'extrudeuse;
- extrusion du matériau thermoplastique;
- récupération du matériau thermoplastique à la sortie de l’extrudeuse; et
- éventuellement, séchage du matériau thermoplastique;
l’étape 2 consistant de préférence à introduire (i) dans un premier temps, au moins une partie des composésa)àc)se présentant sous forme solide, et, (ii) dans un deuxième temps, au moins une partie des composésa)àc)se présentant sous forme liquide.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un matériau thermoplastique comprenant au moins un polymère hydrosoluble, comprenant les étapes suivantes:
- Mélange des composésa)àc )dans de l’eau;
- Coulée du mélange obtenu à l’étape 1 sur une surface de coulée; et
- Evaporation d’une partie de l’eau pour former un matériau thermoplastique.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un matériau thermoplastique recouvert d’au moins un polymère hydrosoluble, comprenant au moins une étape de dépôt par contact, de préférence choisie parmi:
- une étape pulvérisation du matériau thermoplastique avec une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble,
- une étape d’immersion du matériau thermoplastique dans une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble, et
- une étape d’enduction du matériau thermoplastique avec une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble.
- une étape pulvérisation du matériau thermoplastique avec une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble,
- une étape d’immersion du matériau thermoplastique dans une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble, et
- une étape d’enduction du matériau thermoplastique avec une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un film comprenant un matériau thermoplastique recouvert par un film de polymère hydrosoluble, ce procédé comprenant au moins une des étapes suivantes:
- lamination,
- co extrusion-gonflage,
- extrusion couchage, ou
- collage à l’eau ou à la chaleur.
- lamination,
- co extrusion-gonflage,
- extrusion couchage, ou
- collage à l’eau ou à la chaleur.
L’invention concerne également l’utilisation d’un polymère hydrosoluble pour améliorer les propriétés mécaniques d’un matériau thermoplastique comprenant:
- Au moins une caséine et/ou au moins un caséinate;
- De l’eau, et
- Au moins un plastifiant différent de b).
Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Description détaillée
Par «thermoplastique», on entend, par exemple, une matière qui devient malléable et pliable au-dessus d’une température donnée, la température de transition vitreuse Tg, mais qui en dessous de cette Tg redevient dure, ces transformations étant réversibles.
Par «biodégradable», on entend, par exemple, un matériau qui peut être décomposé sous l’action de micro-organismes (bactéries, champignons, algues…). Le résultat de cette décomposition est la formation d’eau, de CO2et/ou de méthane et éventuellement de sous-produits (résidus, nouvelle biomasse) non toxiques pour l’environnement. Il s’agit, par exemple, d’un matériau biodégradable selon la norme européenne EN NF 13432.
Par«entre x et y», on entend, par exemple, que les bornesxetysont incluses dans l’intervalle [x,y].
Par «hydrosoluble», on entend, par exemple, qui se dissout dans l’eau. L’hydrosolubilité d’un film peut être mesurée de la façon suivante: un morceau de film (5 cm x 5 cm, découpé avec un emporte-pièce) est fixé sur un porte diapositive puis est plongé dans un bécher de 1000 ml de capacité, contenant de 600 ml d'eau distillée à 20°C sous agitation, avec un barreau magnétique, à 300 tr/min. Le temps que met le film à se percer est mesuré. Le délitement du film entraîne la formation de particules de film. Le test dure 10 minutes au bout desquelles les particules sont passées dans un tamis de 0,5 mm pour vérifier la taille des particules. Lorsqu’il n’y a pas de particules dans le tamis, le film est considéré comme hydrosoluble.
L’hydrosolubilité d’un polymère peut être mesurée de la façon suivante: un polymère est ajouté à de l’eau à une teneur massique de 2,5%. Après agitation pendant 48 heures, la solution est filtrée pour vérifier s’il reste des particules. Lorsqu’il n’y a pas de particules dans le filtre, le polymère est considéré comme hydrosoluble.
L’hydrosolubilité d’un polymère peut être mesurée de la façon suivante: un polymère est ajouté à de l’eau à une teneur massique de 2,5%. Après agitation pendant 48 heures, la solution est filtrée pour vérifier s’il reste des particules. Lorsqu’il n’y a pas de particules dans le filtre, le polymère est considéré comme hydrosoluble.
Par «plastifiant», on entend, par exemple, une substance permettant d’abaisser la température de transition vitreuse Tg du matériau.
Par «détergent», on entend, par exemple, une composition qui possède des propriétés nettoyantes. Parmi les détergents, on peut citer les produits pour lave-vaisselle et les lessives. Les détergents peuvent être sous forme de poudre, de poudre compactée ou liquide.
Par «hydrophobe», on entend, par exemple, un composé ayant peu d’affinité avec l’eau et ayant tendance à ne pas s’y dissoudre. Typiquement, il s’agit d’un composé majoritairement apolaire.
Par «hydrophile», on entend, par exemple, un composé ayant une affinité avec l’eau et ayant tendance à s’y dissoudre. Typiquement, il s’agit d’un composé ayant des groupements polaire capables de former des liaisons hydrogène.
Par «tensioactif», on entend, par exemple, une molécule amphiphile, c’est-à-dire une molécule possédant à la fois des propriétés hydrophiles et hydrophobes.
Par «HLB», on entend, par exemple, l’équilibre hydrophile-lipophile (en anglais: hydrophilic-lipophilic balance). La valeur de la HLB peut être calculée selon la méthode suivante: HLB=20 x (Masse molaire de la partie hydrophobe) / (Masse molaire de la molécule).
Par «agent séquestrant», on entend, par exemple, des ligands qui forment des complexes chimiques avec des ions métalliques tels que cuivre, fer, nickel, calcium et magnésium.
Par«acide gras», on entend, par exemple, un monoacide carboxylique aliphatique.
Par «biosourcé», on entend, par exemple, un produit fabriqué à partir de matières d’origine biologique.
Sauf indication contraire, les pourcentages sont exprimés en masse par rapport à la masse totale du matériau.
Matériau thermoplastique
Les proportions des différents constituants sont exprimées en % en masse par rapport à la masse totale du matériau thermoplastique à température ambiante.
le matériau thermoplastique comprenant:
- Au moins une caséine et/ou au moins un caséinate;
- De l’eau,
- Au moins un plastifiant différent de b).
Le matériau thermoplastique peut être hydrosoluble. Le matériau thermoplastique peut être biodégradable. Le matériau thermoplastique peut être imprimable et/ou imprimé.
Le matériau thermoplastique comprenda)au moins une caséine et/ou au moins un caséinate. Le matériau thermoplastique peut comprendre entre 10 et 80 % de caséine et/ou de caséinate, de préférence entre 20 et 75 %, préférentiellement entre 25 et 70 %.
La caséine est une protéine issue du lait qui est peu soluble dans l’eau. Elle est principalement obtenue par précipitation en ajoutant au lait un acide (caséine acide) ou de la présure (caséine présure), ou par filtration (caséine miscellaire). La caséine consiste en un mélange de caséine α, caséine β et caséine κ ayant des masses molaires comprises entre 19000 et 25000g/mol. Par caséinate, on entend, par exemple, un sel de caséine dont le contre cation est choisi dans le groupe comprenant -de préférence constitué par - calcium, potassium, ammonium, sodium et magnésium.
Selon un mode de réalisation du matériau thermoplastique,a)comprend au moins une caséine.
Selon un autre mode de réalisation du matériau thermoplastique,a)comprend au moins un caséinate, par exemple un caséinate de sodium, ou un mélange de caséinates.
Selon un autre mode de réalisation du matériau thermoplastique,a)comprend un mélange de caséine et d’au moins un caséinate. Dans ce cas, le rapport en masse entre la caséine et le(s) caséinate(s) peut être compris entre 5/95 et 95/5, 20/80 et 80/20 ou 40/60 et 60/40.
Le matériau thermoplastique peut comprendreb )entre 53 et % d’eau, de préférence entre 5 et 15 %. La quantité d’eau peut être comprise entre 8 et 12%. L’eau agit comme un plastifiant qui doit être distingué du plastifiantc )entrant dans la composition du matériau thermoplastique selon l'invention.
Le matériau thermoplastique peut comprendrec )entre 10 et 35% d’au moins un plastifiant différent dec ), de préférence entre 15 et 30%.
Ce plastifiantc )peut être choisi parmi les polyols, les acétates de glycérol, les propionates de glycérol et leurs mélanges.
À titre d'exemples de polyols, on peut citer le glycérol, l’hexanetriol, les glycols, dont l’éthylène glycol, et les sucres et leurs dérivés.
À titre d'exemples de sucres, on peut citer les disaccharides, tels que le maltose, le lactose, le saccharose et les monosaccharides tels que le fructose.
Parmi les dérivés des sucres, on peut citer leurs dérivés hydrogénés tels que le sorbitol, le maltitol, le mannitol, et le xylitol, ou bien encore les produits de transformation de ces dérivés hydrogénés tels que le sorbitane.
Selon un mode de réalisation du matériau thermoplastique, le plastifiantc )est choisi parmi le glycérol, le sorbitol, le mannitol, l’éthylène glycol et leurs mélanges. Préférentiellement, le plastifiantc )est choisi parmi le glycérol, le sorbitol, et leurs mélanges. Selon un mode de réalisation, le plastifiantc )est du glycérol.
Le plastifiantc )peut contenir de l’eau résiduelle.
Le plastifiantc )permet de baisser la viscosité du produit en augmentant la mobilité des chaines moléculaires.
Avantageusement, le plastifiantc )est un plastifiant hydrophile.
Le matériau thermoplastique peut comprendre en outred )entre 0,1 et 8% d’un agent hydrophobe, de préférence entre 1 et 4%.
Avantageusement, le matériau thermoplastique comprend entre 0,5 et 6%, de préférence entre 1 et 3%, d'un agent hydrophobed ).
L’agent hydrophobed )peut être choisi parmi:
- les esters de polyacide carboxylique;
- les acides carboxyliques en C3-C33, de préférence les acides gras en C4-C28, et, encore plus préférentiellement les acides gras insaturés en C6-C28;
- et leurs mélanges.
- les esters de polyacide carboxylique;
- les acides carboxyliques en C3-C33, de préférence les acides gras en C4-C28, et, encore plus préférentiellement les acides gras insaturés en C6-C28;
- et leurs mélanges.
Les esters de polyacide carboxyliquepeuvent être issus d’au moins un polyacide carboxylique et d’au moins un alcool, de préférence un alcool en C1-C18.
Parmi les polyacides carboxyliques préférentiellement retenus dans le cadre de l'invention, on peut citer l’acide citrique, l’acide hydroxycitrique, l’acide tartrique, l’acide malique, l’acide oxalique, l’acide malonique, l’acide succinique, l’acide glutarique, l’acide adipique, l’acide maléique, l’acide fumarique.
Parmi les alcools privilégiés conformément à l'invention, on peut citer les alcools en C2-C6, comme par exemple l’éthanol, len-propanol, l’iso-propanol, len-butanol et letert-butanol.
Selon un mode de réalisation du matériau thermoplastique, l’agent hydrophobed )est choisi parmi le triéthyl citrate, le tributyl O-acétyl citrate, le tributyl citrate et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, l’agent hydrophobed) est un acide carboxylique en C3-C33, de préférence un acide gras en C4-C28, et, encore plus préférentiellement un acide gras insaturé en C6-C28.
Parmi les acides gras en C4-C28retenus dans le cadre de l'invention, on peut citer l’acide caprylique, l’acide caprique, l’acide laurique, l’acide myristique, l’acide palmitique, l’acide stéarique, et leurs mélanges.
Parmi les acides gras insaturés en C6-C28particulièrement intéressants, on peut citer l’acide palmitoléique, l’acide oléique, l’acide linoléique, et leurs mélanges.
Le matériau thermoplastique peut comprendre en outre au moins un tensioactife), par exemple entre 0,5 et 6% de préférence choisi parmi les tensioactifs zwitterioniques dont la HLB est comprise entre 2 et 8
Avantageusement, le matériau thermoplastique comprend au moins un tensioactife ) ,de préférence entre 1 et 5%, préférentiellement entre 1,5 et 4,5 %, et encore plus préférentiellement entre 2 et 4%.
Parmi les tensioactifs préférés, on peut citer la lécithine et/ou ses analogues tels que les phosphonates diacétyléniques, et les polysorbates. Les polysorbates sont esters d’acides gras et de polyoxyéthylène sorbitane. Parmi les polysorbates, on peut citer le polysorbate 20, le polysorbate 40, le polysorbate 60, et le polysorbate 80.
Selon un mode de réalisation du matériau thermoplastique, le ratio des quantités ded )sure )est supérieur ou égal à 1. Par exemple, ce ratio peut être compris entre 1,3 et 3; de préférence entre 1,5 est 2,5.
Le matériau thermoplastique peut comprendre un polysaccharidef), par exemple entre 2 et 10 % de préférencef )est choisi parmi le pullulane, l’amidon, les alginates, et leurs mélanges.
Le polysaccharidef )peut être un polysaccharide hydrosoluble. Avantageusement, le matériau thermoplastique comprend entre 4 et 8% d’un polysaccharidef ).
Le matériau thermoplastique peut comprendre en outre entre 0,001 et 0,5 % d’un agent amérisantg ), de préférence le benzoate de dénatonium. Avantageusement, le matériau thermoplastique comprend en outre entre 0,05 et 0,15 % d’un agent amérisantg ).
L’agent amérisantg )peut être choisi parmi le benzoate de dénatonium, les dérivés du benzoate de dénatonium, le saccharide de dénatonium, le chlorure de dénatonium, le benzoate de saccharose, la quinine, le chlorhydrate de quinine, le sulfate de quinine, la brucine, le sulfate de brucine, le quassia, la quassine, la naringine, la limonine, le phénylthio-carbamide, le quebracho, l'octaacétate de saccharose, la quercétine, la berbérine, et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation du matériau thermoplastique, ledit matériau comprend également un additifh )choisi parmi les colorants, les coagulants de protéines, les agents antiagglomérant, les agents de glissement et leurs mélanges. Parmi les coagulants, on peut citer l’acide citrique et l’acide acétique. Parmi les agents antiagglomérants, on peut citer la silice colloïdale. Parmi les agents de glissement, on peut citer les polyéthylènes glycols et les composés à chaines grasses, de préférence en C12-C28, ayant une terminaison amide. Le matériau thermoplastique peut comprendre entre 0,1% et 5% deh ).
Selon un mode de réalisation du matériau thermoplastique, ledit matériau comporte entre 1 et 5% d’un additifi )choisi parmi les agents séquestrants. Parmi les agents séquestrants, on peut citer le citrate diammonique, l’EDTA, les phosphates, l’acide citrique, les pyrophosphates, et leurs mélanges.
Le matériau thermoplastique peut être hydrosoluble.
Polymères hydrosolubles
Avantageusement, les polymères hydrosolubles sont des polymères solubles dans l’eau à température ambiante à une concentration supérieure ou égale à 2.5% en poids.
De préférence, les polymères hydrosolubles comprennent des unités hydrophiles. Par exemple, les polymères hydrosolubles peuvent comprendre des hétéroatomes tels que O ou N dans leur chaine principale. Les polymères hydrosolubles peuvent également comprendre des groupements hydrophiles tels que -OH, -NH2,-NH-, -CO2-, ou -SO3-.
Selon un mode de réalisation, le polymère hydrosoluble est choisi parmi les polymères hydrosolubles non ioniques, les polymères hydrosolubles amphotèriques, les polymères hydrosolubles cationiques, les polymères hydrosolubles anioniques, et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, le polymère hydrosoluble est choisi parmi les alcools polyvinyliques, les polyoxyalkylènes, les polyvinylpyrrolidones, les acides poly(méth)acryliques, les polymères cationiques, et leurs mélanges.
Parmi les polyoxyalkylènes, on peut citer les polyoxyéthylènes.
Parmi les alcools polyvinyliques, on utilise de préférence ceux ayant une viscosité comprise entre 5 et 25000 mPa.s, de préférence comprise entre Avantageusement, les alcools polyvinyliques ont un degré d’hydrolyse supérieur à 80mol%, par exemple compris entre 80 et 95mol% ou entre 85 et 90mol%.
Parmi les polymères hydrosolubles, on peut également citer les polyacrylamides.
Matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble
Matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble
Selon un mode de réalisation le matériau thermoplastique comprend le polymère hydrosoluble. Dans ce cas, le polymère hydrosoluble rentre dans la composition du matériau thermoplastique. Le polymère hydrosoluble est introduit dans la masse. Le matériau thermoplastique peut comprendre entre 0,01 et 50% de polymère hydrosoluble.
Selon un autre mode de réalisation, le matériau thermoplastique est associé au polymère hydrosoluble. Dans ce cas, le polymère hydrosoluble est présent en surface du matériau thermoplastique. Avantageusement, le polymère hydrosoluble forme un revêtement sur au moins une surface du matériau thermoplastique. Le revêtement peut représenter entre 1 et 50% de la masse totale du matériau thermoplastique et du le polymère hydrosoluble.
Le revêtement peut avoir une épaisseur comprise entre 0,1 et 1000µm.
L’invention concerne également un film comprenant un matériau thermoplastique recouvert par un film de polymère hydrosoluble.
Le matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble peut également être comestible.
Selon un mode de réalisation particulier, le matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble est constitué uniquement de composants pouvant être utilisés dans l’industrie agroalimentaire, c’est-à-dire de composants compris dans le codex alimentarius. Dans ce cas, le matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble est comestible, c’est-à-dire qu’il peut être mangé sans risque pour l’homme.
Typiquement le matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble est sous forme de granulés ou sous forme de film. L’invention concerne donc également des granulés du matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble tel que décrit ci-dessus ainsi qu’un film du matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble tel que décrit ci-dessus.
Typiquement, le granulé est hydrosoluble. Le granulé peut être comestible.
L’invention concerne également un objet susceptible d’être obtenu après transformation par extrusion cast (en français «extrusion en filière plate»), extrusion soufflage, extrusion gonflage, voie solvant (en anglais «solvent cast»), calandrage, injection, thermoformage ou filage du matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble tel que décrit ci-dessus ou des granulés tels que décrits ci-dessus.
En particulier, on peut citer les films susceptibles d’être obtenus à partir du matériau thermoplastique tel que décrit ci-dessus.
L’invention concerne également un film obtenu à partir du matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble tel que décrit ci-dessus. Le film peut être obtenu, par exemple, par extrusion gonflage de granules du matériau thermoplastique tel que décrit ci-dessus. Le film est un film thermoplastique. Le film peut être imprimé. Typiquement, le film a une épaisseur comprise entre 15 et 150 microns, de préférence entre 30 et 120 microns et plus préférentiellement entre 40 et 100 microns. Le film peut être imprimé directement avant le bobinage ou dans une seconde étape de débobinage, découpe et rembobinage par un procédé classique de l’impression en plasturgie telle que la flexographie. le film peut également être obtenu par voie solvant.
Typiquement, le film est hydrosoluble. Le film peut être comestible. Le film peut être thermorétractable.
L’invention a également pour objet un emballage comprenant au moins une couche d’un matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble tel que décrit ci-dessus. L’emballage peut être un emballage comprenant plusieurs couches, par exemple (i) une couche de carton et une couche du matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble, ou (ii) une couche de plastique et une couche du matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble, ou encore (iii) une couche de papier et une couche du matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble. Ces emballages peuvent être fabriqués par des procédés de lamination, d’enduction, de contre-collage, de co-extrusion ou d’extrusion couchage bien connus par l’homme du métier.
L’invention a également pour objet l’utilisation d’un matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble ou d’un emballage, pour emballer des produits divers (pharmaceutiques, alimentaires, chimiques, cosmétiques,…) en particulier des produits hygroscopiques, et plus précisément encore des détergents. Le produit peut être sous forme solide ou liquide. Le produit emballé peut être un produit liquide.
L’invention concerne également un produit emballé par un matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble tel que décrit ci-dessus, ou par un emballage tel que décrit ci-dessus. Le produit peut être sous forme solide ou liquide. Le produit emballé peut être choisi parmi les produits pharmaceutiques, alimentaires, chimiques, et cosmétiques.
Selon un mode de réalisation, le produit emballé est un produit alimentaire, comme par exemple de la viande, du poisson, des légumes, des fruits, des pâtisseries, des viennoiseries, des additifs alimentaires, des ingrédients, des préparations sèches, des poudres alimentaires. Selon un mode de réalisation particulier, le matériau thermoplastique utilisé pour emballer le produit alimentaire est un film comestible.
Selon un mode de réalisation, le produit emballé est un produit liquide, comme par exemple du shampoing liquide ou de la lessive liquide.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le produit emballé est un produit chimique, par exemple un détergent, sous forme liquide ou en poudre.
Selon un mode de réalisation, le produit emballé est un détergent, notamment de la lessive liquide.
Les détergents peuvent se trouver sous forme de liquide ou de poudre, compacte ou non. Par exemple, il peut s’agir d’une tablette de détergent. Parmi les tablettes de détergent, on peut citer les tablettes de produit pour lave-vaisselle et les tablettes de lessive. Il peut également s’agir de détergent liquide, comme de la lessive liquide.
L’invention concerne également un détergent emballé par matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble tel que décrit ci-dessus ou un emballage tel que décrit ci-dessus.
Procédé de fabrication
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un matériau thermoplastique comprenant au moins un polymère hydrosoluble, comprenant les étapes suivantes:
- mise en œuvre d'une extrudeuse de préférence une extrudeuse bi-vis;
- introduction des composésa)àc)et du polymère hydrosoluble dans l'extrudeuse;
- extrusion du matériau thermoplastique;
- récupération du matériau thermoplastique à la sortie de l’extrudeuse; et
- éventuellement, séchage du matériau thermoplastique;
l’étape 2 consistant de préférence à introduire (i) dans un premier temps, au moins une partie des composésa)àc)se présentant sous forme solide, et, (ii) dans un deuxième temps, au moins une partie des composésa)àc)se présentant sous forme liquide.
Avantageusement, l'étape 1) consiste à faire fonctionner l'extrudeuse avec les paramètres suivants: vitesse de rotation comprise entre 100 et 300 tr/min, et à une température comprise entre 70 et 120°C.
Dans l'étape 2), les composésa)àe )sont introduits simultanément ou successivement, de préférence successivement.
Dans un mode préféré de mise en œuvre, les composés se présentant sous forme solide, avantageusement sous forme de poudre, sont les composésa)&b); tandis que les composés se présentant sous forme liquide, sont les composesc), d)ete).
Le matériau thermoplastique récupéré à l’étape 4 peut être sous forme de jonc ou de granulé. Dans ce cas, le procédé peut également comprendre une étape de séchage du jonc ou des granulés.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un matériau thermoplastique comprenant au moins un polymère hydrosoluble, comprenant les étapes suivantes:
- Mélange des composésa)àe)dans de l’eau;
- Coulée du mélange obtenu à l’étape 1 sur une surface de coulée; et
- Evaporation d’une partie de l’eau pour former un matériau thermoplastique.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un matériau thermoplastique recouvert d’au moins un polymère hydrosoluble, comprenant au moins une étape de dépôt par contact, de préférence choisie parmi:
- une étape pulvérisation du matériau thermoplastique avec une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble,
- une étape d’immersion du matériau thermoplastique dans une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble, et
- une étape d’enduction du matériau thermoplastique avec une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble.
- une étape pulvérisation du matériau thermoplastique avec une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble,
- une étape d’immersion du matériau thermoplastique dans une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble, et
- une étape d’enduction du matériau thermoplastique avec une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble.
La solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble peut avoir une concentration en masse de polymère hydrosoluble comprise entre 1 et 70%.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un film comprenant un matériau thermoplastique recouvert par un film de polymère hydrosoluble, ce procédé comprenant au moins une des étapes suivantes:
- lamination,
- co extrusion-gonflage,
- extrusion couchage, ou
- collage à l’eau ou à la chaleur.
- lamination,
- co extrusion-gonflage,
- extrusion couchage, ou
- collage à l’eau ou à la chaleur.
Ces techniques sont bien connues de l’homme du métier.
Exemples
Réactif utilisés
Le PVA 22-88-S2 est un alcool polyvinylique (PVA) vendu par la société Kuraray.
PVA 18-88-S2 est un alcool polyvinylique (PVA) vendu par la société Kuraray.
Le PEO-1 est un polyérthylène oxyde (POE) vendu par la société Sumitomo Seika.
Le PVP K-12 est un polyvinylpyrrolidone (PVP) vendu par la société Ashland.
Le PVP K-30 est un polyvinylpyrrolidone (PVP) vendu par la société Ashland.
Des granulés thermoplastiques ont été préparés par extrusion.
L’extrudeuse utilisée est une extrudeuse bi-vis corotative BC 21 de marque Clextral®, de diamètre 25 mm, d'entraxe 21 mm et de longueur 900 mm. Cette extrudeuse comporte au moins 4 zones:
une première zone d’introduction,
une deuxième zone d’introduction,
une troisième zone de dégazage, et
une quatrième zone de filière.
une première zone d’introduction,
une deuxième zone d’introduction,
une troisième zone de dégazage, et
une quatrième zone de filière.
La vitesse de rotation des bi-vis est de 175 et 320 tr/min et les températures des différentes zones sont comprises entre 30 et 120°C.
La première zone de l'extrudeuse est une zone d'introduction des poudres : caséinate, gélatine, lécithine et polymère hydrosoluble. Les liquides (plastifiants) sont introduits dans la deuxième zone. L'extrudeuse comporte en outre une zone de dégazage à l'air libre et une dernière zone consistant en une filière jonc cylindrique de diamètre 4 mm.
Le profil de vis est le suivant: 750 mm de vis à pas direct, 50 mm de vis de mélangeage, 100 mm de vis à pas inverse.
A la sortie de l'extrudeuse, le jonc est séché et introduit dans un granulateur pour donner des granulés de 2 à 3 mm de diamètre. La composition des granulés obtenus et donnée dans le tableau 1.
La première zone de l'extrudeuse est une zone d'introduction des poudres : caséinate, gélatine, lécithine et polymère hydrosoluble. Les liquides (plastifiants) sont introduits dans la deuxième zone. L'extrudeuse comporte en outre une zone de dégazage à l'air libre et une dernière zone consistant en une filière jonc cylindrique de diamètre 4 mm.
Le profil de vis est le suivant: 750 mm de vis à pas direct, 50 mm de vis de mélangeage, 100 mm de vis à pas inverse.
A la sortie de l'extrudeuse, le jonc est séché et introduit dans un granulateur pour donner des granulés de 2 à 3 mm de diamètre. La composition des granulés obtenus et donnée dans le tableau 1.
| Exemple | Caséinate | glycérol | Acide oléique | citrofol | lécithine | eau | Polymère hydrosoluble |
| Exemple comparatif 1 | 63% | 23,5% | 1,1% | / | 2,3% | 10% | / |
| Exemple 1 | 63% | 22,5% | / | / | 0,5% | 11% | PVA 22-88-S2 :3% |
| Exemple 2 | 63% | 20,5% | / | 2% | 0,5% | 11% | PVA 22-88-S2 : 3% |
| Exemple 3 | 63% | 21% | / | 1,5% | 0,5% | 11% | PVA 22-88-S2 : 3% |
| Exemple 4 | 63% | 20,5% | / | 1,5% | 0,5% | 11% | PVA 22-88-S2 : 3% PEO-1 : 0,5% |
| Exemple 5 | 63% | 20% | / | 2% | 0,5% | 11% | PVA 22-88-S2 : 3% PEO-1 : 0,5%: |
| Exemple 6 | 62% | 18,1% | / | 2% | 0,5% | 11% | PVA 18-88-S2 6,4% |
| Exemple 7 | 62% | 18,1% | 5% | / | 1% | 11% | PVA 18-88-S2 2,9% |
| Exemple 8 | 62% | 18,1% | / | 2% | 0,5% | 11% | PVP K-12 6,4% |
| Exemple 9 | 62% | 21,4% | 3% | / | 1% | 11% | PVP K-12 1,6% |
| Exemple 10 | 62% | 18,1% | / | 2% | 0,5% | 11% | PVP K-30 6,4% |
| Exemple 11 | 62% | 21,4% | 3% | / | 1% | 11% | PVP K-30 1,6% |
Ces granulés sont ensuite transformés en film par extrusion-gonflage. L’extrudeuse utilisée est de marque Diani®, la vis a un diamètre de 30 mm et est équipée d’une filière annulaire de 30 mm de diamètre. Le film produit a entre 70 et 300mm de large et son épaisseur est d’environ 45 µm. Les températures sont comprises entre 90 et 130°C.
Le procédé est le suivant:
1. Passage d’une purge dans l’extrudeuse;
2. Passage des granulés à base matériau thermoplastique et de polymère hydrosoluble dans l’extrudeuse;
3. Formation de la bulle par injection d’air comprimé;
4. Passage de la gaine entre plusieurs rouleaux
5. Découpage de la gaine en film; et
6. Double enroulage du film sur mandrins pour former les bobines de film. Le film obtenu est enroulé sur 500 m de long pour procéder aux caractérisations.
1. Passage d’une purge dans l’extrudeuse;
2. Passage des granulés à base matériau thermoplastique et de polymère hydrosoluble dans l’extrudeuse;
3. Formation de la bulle par injection d’air comprimé;
4. Passage de la gaine entre plusieurs rouleaux
5. Découpage de la gaine en film; et
6. Double enroulage du film sur mandrins pour former les bobines de film. Le film obtenu est enroulé sur 500 m de long pour procéder aux caractérisations.
Propriétés mécaniques
Le module d’Young, la contrainte maximale et l’allongement à la rupture des films ont été évalués de la façon suivante. Les échantillons ont été sélectionnés en sens longitudinal pour mesurer les propriétés mécaniques, et conditionnés 24 heures dans une enceinte climatique où la température et l’humidité relative sont contrôlées, elles sont programmées à 23°C et 50% RH. Le matériel utilisé est un banc de traction de marque Shimadzu AGS-X, équipé d’une cellule de mesure de 50 N et relié à un ordinateur ayant un logiciel de traitement de données, TrapeziumX. Les essais ont été conduits sur éprouvettes haltères en 5 répétitions valides, la vitesse de traction est fixée à 20 mm/min.
Les résultats sont présentés dans les figures 1 à 3.
La figure 1 montre que les films des exemples 1 à 5 selon l’invention ont un module d’Young plus élevé que le film selon l’exemple comparatif qui ne contient pas de polymère hydrosoluble.
La figure 2 montre que les films des exemples 1 à 5 selon l’invention ont une contrainte maximale plus élevée que le film selon l’exemple comparatif qui ne contient pas de polymère hydrosoluble
La figure 3 montre que les films des exemples 1 à 5 selon l’invention ont un allongement plus élevé que le film selon l’exemple comparatif qui ne contient pas de polymère hydrosoluble.
Ces résultats montrent que les matériaux thermoplastiques comprenant au moins un polymère hydrosoluble selon l’invention ont des propriétés mécaniques améliorées.
Propriétés de
résistance
chimique
Exemple 12: Film de matériau thermoplastique revêtu d’un polymère hydrosoluble (PVA)
Le film selon l’exemple comparatif 1 a été revêtu de PVA de la façon suivante:
- préparation d’une solution de PVA 22-88-S2 à 20% massique dans de l’eau
- application de cette solution sur un film de l’exemple comparatif 1 via un tire film avec applicateur à barre de façon à avoir un revêtement de 10 µm d’épaisseur.
Le film selon l’exemple comparatif 1 a été revêtu de PVA de la façon suivante:
- préparation d’une solution de PVA 22-88-S2 à 20% massique dans de l’eau
- application de cette solution sur un film de l’exemple comparatif 1 via un tire film avec applicateur à barre de façon à avoir un revêtement de 10 µm d’épaisseur.
Exemple 13: Film de matériau thermoplastique revêtu d’un polymère hydrosoluble (PVP)
Le film selon l’exemple comparatif 1 est revêtu de PVP en suivant le même protocole que pour l’exemple 12, en utilisant du PVP K-30.
Le film selon l’exemple comparatif 1 est revêtu de PVP en suivant le même protocole que pour l’exemple 12, en utilisant du PVP K-30.
les films selon les exemples 2, 8, 12 et 13 et selon l’exemple comparatif 1 ont été utilisés pour emballer des tablettes de détergent. Les tablettes sont ensuite stockées à 23°C et 50% d’humidité relative et leur aspect est évalué visuellement après 6 et 12 mois de stockage. Les résultats sont présentés dans le tableau 2. Ces résultats montrent que les films à base de matériau thermoplastique comprenant ou associé à un polymère hydrosoluble présentent de meilleures propriétés de résistance chimique que le film sans polymère hydrosoluble.
| Exemple | Jaunissement à 6 mois | Craquelure à 6 mois | Jaunissement à 12 mois | Craquelure à 12 mois |
| Exemple comparatif 1 | Apparition de coloration | Non | Oui | Oui |
| Exemple 2 | Non | Légère craquelure | Léger jaunissement | Légère craquelure |
| Exemple 8 | Non | Légère craquelure | Léger jaunissement | Légère craquelure |
| Exemple 12 | Non | Non | Non | Non |
| Exemple 13 | Non | Non | Non | Non |
Claims (16)
- Matériau thermoplastique comprenant et/ou associé à au moins un polymère hydrosoluble, le matériau thermoplastique comprenant:
- Au moins une caséine et/ou au moins un caséinate;
- De l’eau
- Au moins un plastifiant différent de b).
- Matériau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comprend également un agent hydrophobed), de préférence choisi parmi:
- les esters de polyacide carboxylique;
- les acides carboxyliques en C3-C33, de préférence les acides gras en C4-C28, et, encore plus préférentiellement les acides gras insaturés en C6-C28;
- et leurs mélanges. - Matériau selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins un tensioactife), de préférence choisi parmi les tensioactifs zwitterioniques dont la HLB est comprise entre 2 et 8.
- Matériau selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plastifiantc)est choisi parmi les polyols, les acétates de glycérol, les propionates de glycérol, et leurs mélanges, de préférencec)est choisi parmi le glycérol, le sorbitol, et leurs mélanges.
- Matériau selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère hydrosoluble est choisi parmi les alcools polyvinyliques, les polyoxyalkylènes, les polyvinylpyrrolidones, les polyacryliques, les polymères cationiques, et leurs mélanges.
- Matériau selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le polymère hydrosoluble est présent en surface.
- Matériau selon la revendication 6 caractérisé en ce que le polymère hydrosoluble forme un revêtement sur au moins une surface du matériau thermoplastique.
- Matériau selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau comprend le polymère hydrosoluble.
- Objet susceptible d’être obtenu après transformation par extrusion cast, extrusion soufflage, extrusion gonflage, voie solvant, calandrage, injection, thermoformage ou filage du matériau thermoplastique selon l’une des revendications 1 à 8.
- Objet selon la revendication 9 caractérisé en ce qu’il s’agit d’un film.
- Film comprenant un matériau thermoplastique selon l’une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu’il est recouvert par un film de polymère hydrosoluble.
- Procédé de fabrication d’un matériau thermoplastique selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes:
- mise en œuvre d'une extrudeuse de préférence une extrudeuse bi-vis;
- introduction des composésa)àc)et du polymère hydrosoluble dans l'extrudeuse;
- extrusion du matériau thermoplastique;
- récupération du matériau thermoplastique à la sortie de l’extrudeuse; et
- éventuellement, séchage du matériau thermoplastique;
l’étape 2 consistant de préférence à introduire (i) dans un premier temps, au moins une partie des composésa)àc)se présentant sous forme solide, et, (ii) dans un deuxième temps, au moins une partie des composésa)àc)se présentant sous forme liquide.
- Procédé de fabrication d’un matériau thermoplastique selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes:
- Mélange des composésa)àe)dans de l’eau;
- Coulée du mélange obtenu à l’étape 1 sur une surface de coulée; et
- Evaporation d’une partie de l’eau pour former un matériau thermoplastique.
- Procédé de fabrication d’un matériau thermoplastique selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de dépôt par contact, de préférence choisie parmi:
- une étape pulvérisation du matériau thermoplastique avec une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble,
- une étape d’immersion du matériau thermoplastique dans une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble, et
- une étape d’enduction du matériau thermoplastique avec une solution, dispersion ou émulsion comprenant le polymère hydrosoluble. - Procédé de fabrication d’un film selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une des étapes suivantes:
- lamination,
- co extrusion-gonflage,
- extrusion couchage, ou
- collage à l’eau ou à la chaleur. - Utilisation d’un polymère hydrosoluble pour améliorer les propriétés mécaniques d’un matériau thermoplastique comprenant:
- Au moins une caséine et/ou au moins un caséinate;
- De l’eau
- Au moins un plastifiant différent de b).
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|---|---|
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