FR3123359A1 - Mélange-maître à activité bactériostatique ou bactéricide, son procédé de préparation et ses utilisations - Google Patents
Mélange-maître à activité bactériostatique ou bactéricide, son procédé de préparation et ses utilisations Download PDFInfo
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Abstract
La présente invention concerne un mélange-maître comprenant au moins un polymère thermoplastique et au moins un polymère de type ionène ainsi que son procédé de préparation. La présente invention concerne également l’utilisation d’un tel mélange-maître pour préparer un article présentant des propriétés bactériostatiques ou bactéricides.
Description
La présente invention appartient au domaine technique des matériaux antibactériens et, plus particulièrement, des matériaux à matrice thermoplastique comprenant des polymères à activité bactériostatique ou bactéricide du type ionène.
Plus particulièrement, la présente invention concerne une composition du type mélange-maître (ou « masterbatch » en anglais) comprenant une résine thermoplastique et des polyionènes ainsi que son procédé de préparation. La présente invention concerne également les différentes utilisations de cette composition. En effet, elle peut être utilisée, directement ou après dilution dans un thermoplastique, pour la préparation d’articles en plastique actifs, aptes à contrôler, à limiter ou à inhiber la croissance bactérienne de la flore indésirable (d’altération et pathogène) et ce, aussi bien pour des applications dans le domaine agro-alimentaire que dans le domaine sanitaire, médical, militaire, ou environnemental.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Pour des préoccupations économiques, sanitaires et/ou environnementales, il existe une demande croissante, ces dernières années, pour des surfaces ou des revêtements antibactériens qui permettent une action durable de décontamination dans le domaine des emballages de produits alimentaires comme des produits alimentaires frais, de l’environnement ou du milieu médico-hospitalier.
Différentes stratégies ont été proposées afin de conférer des propriétés antibactériennes au polyéthylène, ou plus généralement aux polyoléfines ou matières plastiques.
Une première méthode consiste en l’adsorption de petites molécules organiques, telle que la nisine [1] ou l’acide ascorbique [2], ou bien des huiles essentielles, comme le thymol [3] ou le carvacrol [4], sur les surfaces. Ce procédé n’est pas idéal car le relargage de ces molécules est inévitable lorsqu’on adsorbe une molécule sur une surface. Non seulement ces surfaces perdent en efficacité dans le temps, mais le relargage de ces molécules dans le produit peut également entraîner une altération de la fraîcheur ou du goût dans le cas des huiles essentielles par exemple. De manière plus problématique, ces molécules peuvent aussi induire une toxicité vis-à-vis du consommateur. D’autre part, ces molécules organiques résistent généralement très peu à des procédés industriels à haute température comme les procédés d’extrusion des films plastiques.
Pour pallier au manque de stabilité des molécules organiques à haute température, une deuxième méthode consiste à les remplacer par des nanoparticules inorganiques. Ainsi, des espèces inorganiques comme l’argent [5], le ZnO [6] ou le TiO2[7] sont effectivement très efficaces d’un point de vue antibactérien et il est même possible de contrôler leur relargage en utilisant des supports de montmorillonite, des barrières d’argile [8] ou de SiO2[9]. Cependant, la toxicité de ces espèces est avérée ou suspectée et le manque de recul sur la toxicité des nanoparticules en général [10] empêche toute mise sur le marché de films contenant des nanoparticules, particulièrement dans le domaine agroalimentaire.
Dans ce domaine, les polymères antimicrobiens sont particulièrement intéressants car ils possèdent généralement aussi une activité à long terme avec en plus une forte stabilité chimique (réduction de la toxicité résiduelle et de la résistance microbienne). Parmi ceux-ci, les polycations à base de sels d'ammonium quaternaire et avec un caractère amphiphile modulable, ont été décrits comme capables de perturber efficacement la membrane externe et cytoplasmique des cellules entraînant la lyse et donc la mort cellulaire. Il a été mis en évidence que l'un des paramètres clés pour un effet antibactérien efficace du polymère est son caractère amphiphile, à savoir le rapport hydrophobe/charge. Lorsque ces polymères sont utilisés comme des revêtements actifs par contact (bactériostatiques), il a été clairement montré que (i) la présence de chaînes hydrophobes suffisamment longues est nécessaire pour pénétrer et faire éclater la membrane bactérienne, et (ii) des niveaux élevés en charges positives sont nécessaires pour conférer des propriétés antimicrobiennes, indépendamment de la longueur des chaînes hydrophobes [11].
Dans ce contexte, les polyionènes (PI) ou ionènes contenant des ammoniums quaternaires, dans la chaîne principale du polymère ou squelette, séparés par des fragments hydrophobes, sont des candidats particulièrement intéressants [12-16]. En effet, Strassburget alont démontré que les polyionènes présentent des propriétés antimicrobiennes particulièrement efficaces, principalement en raison de la présence de groupes alkyles de longueur variable [13]. Il a été également montré que ces polymères présentaient une faible cytotoxicité [14] et le groupe d’Argawal a aussi introduit des segments éthoxyéthyle et aliphatiques à l'intérieur de la structure d’ionène pour évaluer l’influence de ces segments au niveau de l'activité biocide et renforcer la biocompatibilité de ces polymères [15]. Plus récemment, une étude complète sur l'activité des ionènes a été réalisée par les groupes de Hedrick et Yang sur des micro-organismes multirésistants (MDR) cliniquement isolés [16]. Cette étude a mis en évidence que ces micro-organismes, bien que résistants à de nombreux antibiotiques, étaient sensibles aux polyionènes.
Les présents inventeurs ont déjà proposé un procédé de préparation d’un revêtement pro-adhésif aux propriétés bactériostatiques ou bactéricides visant à obtenir un piège à bactéries [17,18]. Ce procédé implique une succession de revêtements adhérents ou greffés, de façon robuste et/ou covalente, du substrat initial jusqu’aux polymères bactériostatiques ou bactéricides à base de polyionènes.
Les inventeurs se sont fixés pour but de proposer non plus un revêtement mais un matériau dont la production est facilement industrialisable et permettant de fabriquer des articles à la surface desquels la propagation de bactéries est limitée en les tuant (bactéricide) ou en inhibant leur croissance (bactériostatique).
La présente invention permet d’atteindre le but que se sont fixé les inventeurs et concerne donc une composition aux propriétés bactériostatiques ou bactéricides visant à obtenir différents articles utilisables comme pièges à bactéries.
Les inventeurs proposent d’incorporer directement les polymères à activité bactériostatique ou bactéricide du type ionène lors de la préparation de films plastiques par extrusion. Pour cela, un mélange préalable polyionènes (PI)/polymères thermoplastiques comme du polyéthylène (PE), est effectué sous forme de mélange-maître, pour être utilisé directement dans l’une des filières d’une ligne d’extrusion qui permet de fabriquer les films multicouches utiles dans le domaine des emballages alimentaires.
La présence du PI dans les films multicouches a été démontrée via différentes techniques de caractérisation et il a été montré que les films ainsi formés présentent des propriétés pro-adhésives et antibactériennes (voir la partie expérimentale ci-après). Dans le domaine des emballages alimentaires, les films préparés à partir du mélange-maître selon l’invention, à la fois pro-adhésifs et bactériostatiques/bactéricides, permettent de piéger la flore indésirable (altération et pathogène) de manière irréversible et ont un impact particulièrement intéressant à la fois économique et environnemental. En effet, ils sont particulièrement utiles pour une meilleure conservation des produits frais, une diminution de la date limite de consommation (DLC) et une réduction des déchets alimentaires dans le domaine de l’emballage.
L’utilisation de polymères de type ionène offre l’avantage d’avoir une propriété bactériostatique ou bactéricide qui soit à la fois pro-adhésive (les bactéries sont piégées), et modulable au niveau du pouvoir bactéricide. En effet, en fonction des monomères (dihalogènes et diamines) utilisés pour préparer ces polymères, il est possible d’inhiber, en totalité ou en partie, les souches en présence. De plus, dans la présente invention, il n’existe aucune limitation quant aux polymères de type ionène utilisables.
Par ailleurs, en fonction de la technique utilisée pour préparer le mélange-maître objet de la présente invention, il est possible d’éviter le relargage de PI en créant des liaisons covalentes entre les PI et les polymères thermoplastiques grâce à l’ajout d’additifs et/ou l’utilisation d’une extrusion réactive. A noter toutefois que, pour certaines applications, le relargage de PI peut être recherché.
Au-delà de l’application dans le domaine agro-alimentaire, la présente invention peut aussi s’appliquer très utilement dans le domaine sanitaire, médical, médico-hospitalier, militaire ou environnemental au sens large, dans la perspective de fabriquer, à partir dudit mélange-maître, des articles plastiques tels que des objets de décontamination ou de purification incluant des tiges, sondes et membranes et/ou des contenants tels que barquette, bouteille, étui et film d’emballage qui puissent avantageusement servir de « pièges à bactéries », réduisant ainsi la charge bactérienne dans le produit emballé. La faible cytotoxicité des polyionènes et leur capacité à limiter la résistance des bactéries sont des atouts supplémentaires pour ce type d’application.
Ainsi, la présente invention concerne un mélange-maître comprenant au moins un polymère thermoplastique et au moins un polymère de type ionène. La notion de mélange-maître est issue de la plasturgie. En effet, le mélange-maître, objet de la présente invention est une composition à effet bactériostatique ou bactéricide obtenue par extrusion d’un mélange comprenant au moins un polymère thermoplastique et au moins un polymère de type ionène et éventuellement un ou plusieurs additifs.
Le mélange-maître objet de la présente invention se présente sous forme d’un matériau thermoplastique dans lequel et à la surface duquel se trouvent des polymères de type ionène et éventuellement un ou plusieurs additif(s).
Les polymères thermoplastiques également désignés sous l’expression résines thermoplastiques sont des matières transformables à l’état fondu. Ainsi, dans la plupart des procédés de fabrication, les thermoplastiques sont chauffés, puis formés à l’état fluide (liquide, visqueux ou ramolli) par moulage par injection, extrusion ou thermoformage, avant d'être refroidis moyennant quoi le produit fini conserve sa forme.
Typiquement, le ou les polymère(s) thermoplastique(s) utilisable(s) dans le cadre de la présente invention sont choisis dans le groupe constitué par les polyamides ; les polyesters saturés comme le polytéréphtalate d’éthylène (PET) et le polytéréphtalate de butylène (PBT) ; les polyéthers ; le chlorure de polyvinyle (PVC) ; les copolymères vinyliques ; les polyoléfines ; les polyuréthanes ; les polycarbonates ; les polymères styréniques comme le polystyrène (PS) et l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) ; et les poly(méth)acrylates comme le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ainsi que les combinaisons ou mélanges de ceux-ci.
Dans un mode de réalisation particulier, le ou les polymère(s) thermoplastique(s) utilisable(s) dans le cadre de la présente invention sont choisis dans le groupe constitué par les polyamides ; les polyesters saturés comme le polytéréphtalate d’éthylène (PET) et le polytéréphtalate de butylène (PBT) ; le chlorure de polyvinyle (PVC) ; les polyoléfines ; les polymères styréniques comme le polystyrène (PS) et l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) ; et les poly(méth)acrylates comme le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ainsi que les combinaisons ou mélanges de ceux-ci.
Dans un mode de réalisation plus particulier encore, le ou les polymère(s) thermoplastique(s) utilisable(s) dans le cadre de la présente invention est/sont une ou des polyoléfine(s) choisie(s) dans le groupe constitué par le polyéthylène (PE), le polyéthylène basse densité (PEBD ou LDPE), le polyéthylène basse densité linéaire (PEBDL ou LLPDE), le polyéthylène haute densité (PEHD ou HDPE), le polypropylène (PP), le polyméthylpentène (PMP) et le polybutène-1 (PB-1).
La quantité totale de polymère(s) thermoplastique(s) dans le mélange-maître objet de la présente invention est comprise entre 50% et 98% en masse, notamment entre 70% et 97% et, en particulier, entre 80% et 96% en masse par rapport à la masse dudit mélange-maître.
Par « polymère de type ionène », on entend, dans le cadre de la présente invention, un polymère cationique dont tout ou partie des charges positives sont apportées par des ammoniums quaternaires présents dans la chaîne principale du polymère, lesdites charges positives étant séparées par des segments hydrophobes. Dans ce qui suit et ce qui précède, les expressions et termes « polymère de type ionène », « ionène », « polyionène » et « PI » sont équivalents et utilisables de façon interchangeable.
Tout polymère de type ionène susceptible d’être obtenu par réaction d’une diamine et d’un dihalogène est utilisable dans le cadre de la présente invention.
Avantageusement, la diamine utilisée pour préparer le polymère de type ionène utilisable dans le procédé selon l’invention est de formule (I) :
dans laquelle
- R1, R2, R3 et R4, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène, un groupe alkyle éventuellement substitué ou un groupe aryle éventuellement substitué ; et
- A est une chaîne choisie dans le groupe constitué par une chaîne alkylène éventuellement substituée, une chaîne alcénylène ou alcynylène éventuellement substituée, une chaîne arylène éventuellement substituée, une chaîne alkylarylène éventuellement substituée et une chaîne arylalkylène éventuellement substituée.
Par « groupe alkyle », on entend un groupe alkyle, linéaire, ramifié ou cyclique, comprenant de 1 à 20 atomes de carbone, notamment de 1 à 15 atomes de carbone et, en particulier, de 1 à 10 atomes de carbone, ledit groupe alkyle pouvant éventuellement comprendre au moins un hétéroatome et/ou au moins une double ou triple liaison carbone-carbone.
Par « hétéroatome », on entend, dans le cadre de la présente invention, un atome choisi dans le groupe constitué par un azote, un oxygène, un phosphore, un soufre, un silicium, un fluor, un chlore et un brome.
Par « groupe alkyle substitué », on entend, dans le cadre de la présente invention, un groupe alkyle tel que précédemment défini substitué par un groupement ou plusieurs groupements, identiques ou différents, choisi(s) dans le groupe constitué par un halogène; une amine; une diamine; un carboxyle; un carboxylate; un aldéhyde; un ester; un éther; une cétone; un hydroxyle; un alkyle éventuellement substitué; une amide; un sulphonyle; un sulphoxide; un acide sulphonique; un sulphonate; un nitrile; un nitro; un acyle; un époxy; un phosphonate; un isocyanate; un thiol; un glycidoxy et un acryloxy.
Par « halogène », on entend, dans le cadre de la présente invention, un atome choisi dans le groupe constitué par un iode, un fluor, un chlore et un brome.
A titre d’exemples particuliers de groupes alkyles utilisables pour R1 à R4, on peut citer les groupes méthyle, éthyle, n-propyle, isopropyle, butyle, isobutyle,sec-butyle,tert-butyle, pentyle, isopentyle, hexyle, heptyle, octyle et nonyle.
Par « groupe aryle », on entend, dans le cadre de la présente invention, tout groupe comprenant un cycle aromatique ou plusieurs cycles aromatiques, identiques ou différents, liés ou connectés par une liaison simple ou par une chaîne hydrocarbonée, un cycle aromatique ayant de 3 à 20 atomes de carbone, notamment de 4 à 14 atomes de carbone et, en particulier, de 5 à 8 atomes de carbone et pouvant éventuellement comprendre un hétéroatome. A titre de groupe aryle utilisable dans l’invention, on peut citer un groupe phényle.
Par « groupe aryle substitué », on entend, dans le cadre de la présente invention, un groupe aryle tel que précédemment défini, substitué par un groupement ou plusieurs groupements, identiques ou différents, choisi(s) dans le groupe constitué par un halogène; une amine; une diamine; un carboxyle; un carboxylate; un aldéhyde; un ester; un éther; une cétone; un hydroxyle; un alkyle éventuellement substitué; une amide; un sulphonyle; un sulphoxide; un acide sulphonique; un sulphonate; un nitrile; un nitro; un acyle; un époxy; un phosphonate; un isocyanate; un thiol; un glycidoxy et un acryloxy.
A titre d’exemples particuliers de groupes aryles utilisables pour R1 à R4, on peut citer les groupes phényle, biphényle, naphthyle, anthracényle, cyclopentadiényle, pyrényle ou encore naphthyle.
Par « chaîne alkylène », on entend, dans le cadre de la présente invention, une chaîne alkylène, linéaire, ramifiée ou cyclique, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, notamment de 2 à 20 atomes de carbone et, en particulier, de 3 à 15 atomes de carbone, ladite chaîne alkylène pouvant éventuellement comprendre au moins un hétéroatome.
Par « chaîne alcénylène ou alcynylène », on entend, dans le cadre de la présente invention, une chaîne alcénylène ou alcynylène, linéaire, ramifiée ou cyclique, comprenant de 2 à 30 atomes de carbone, notamment de 3 à 20 atomes de carbone et, en particulier, de 5 à 15 atomes de carbone, ladite chaîne alcénylène ou alcynylène pouvant éventuellement comprendre au moins un hétéroatome.
Par « chaîne arylène », on entend, dans le cadre de la présente invention, toute chaîne comprenant un cycle aromatique ou plusieurs cycles aromatiques, identiques ou différents, liés ou connectés par une liaison simple ou par une chaîne hydrocarbonée, un cycle aromatique ayant de 3 à 20 atomes de carbone, notamment de 4 à 14 atomes de carbone et, en particulier, de 5 à 8 atomes de carbone et pouvant éventuellement comprendre un hétéroatome.
Par « chaîne alkylarylène », on entend, dans le cadre de la présente invention, toute chaîne dérivée d’une chaîne arylène telle que précédemment définie dont un atome d’hydrogène est remplacé par un groupe alkyle tel que précédemment défini.
Par « chaîne arylalkylène », on entend, dans le cadre de la présente invention, toute chaîne dérivée d’une chaîne alkylène telle que précédemment définie dont un atome d’hydrogène est remplacé par un groupe aryle tel que précédemment défini.
Par « chaîne alkylène substituée », « chaîne alcénylène ou alcynylène substituée », « chaîne arylène substituée », « chaîne alkylarylène substituée » et « chaîne arylalkylène substituée », on entend, dans le cadre de la présente invention une chaîne alkylène, une chaîne alcénylène ou alcynylène, une chaîne arylène, une chaîne alkylarylène et une chaîne arylalkylène telles que précédemment définies substituées par un groupement ou plusieurs groupements, identiques ou différents, choisi(s) dans le groupe constitué par un carboxyle; un carboxylate; un aldéhyde; un ester; un éther; une cétone; un hydroxyle; un alkyle éventuellement substitué; une amide; un sulphonyle; un sulphoxide; un acide sulphonique; un sulphonate; un nitrile; un nitro; un acyle; un époxy; un phosphonate; un isocyanate; un thiol; un glycidoxy et un acryloxy.
A titre d’exemples de chaînes alkylènes utilisables dans l’invention, on peut citer une chaîne méthylène, éthylène, propylène, butylène, pentylène, hexylène, heptylène, octylène, decylène, undécylène, dodécylène et une chaîne de formule
-(CH2)n-O-(CH2)m- ou -(CH2)n-S-(CH2)m- avec n et m, identiques ou différents, représentant 0 ou un nombre entier compris entre 1 and 20 et avec n+m supérieur ou égal à 1.
-(CH2)n-O-(CH2)m- ou -(CH2)n-S-(CH2)m- avec n et m, identiques ou différents, représentant 0 ou un nombre entier compris entre 1 and 20 et avec n+m supérieur ou égal à 1.
A titre d’exemples plus particuliers de chaînes alkylènes utilisables dans l’invention, on peut citer une chaîne propylène, butylène, pentylène, hexylène, heptylène, octylène, decylène, undécylène, dodécylène et une chaîne de formule -(CH2)n-O-(CH2)m- ou -(CH2)n-S-(CH2)m- avec n et m, identiques ou différents, représentant 0 ou un nombre entier compris entre 1 and 20 et avec n+m supérieur ou égal à 1.
A titre d’exemples de chaînes arylènes utilisables dans l’invention, on peut citer une chaîne phénylène ou biphénylène.
Dans une forme de mise en œuvre particulière, les radicaux R1, R2, R3 et R4 sont identiques. Dans une forme de mise en œuvre plus particulière, les radicaux R1, R2, R3 et R4 sont des groupes alkyles identiques. Dans une forme de mise en œuvre plus particulière encore, les radicaux R1, R2, R3 et R4 sont identiques et représentent un méthyle ou un éthyle.
Avantageusement, le dihalogène utilisé pour préparer le polymère de type ionène utilisable dans le procédé selon l’invention est de formule (II) :
dans laquelle
- R5 et R6, identiques ou différents, représentent un halogène ; et
- B est une chaîne choisie dans le groupe constitué par une chaîne alkylène éventuellement substituée, une chaîne alcénylène ou alcynylène éventuellement substituée, une chaîne arylène éventuellement substituée, une chaîne alkylarylène éventuellement substituée et une chaîne arylalkylène éventuellement substituée.
Dans une forme de mise en œuvre particulière, les radicaux R5 et R6 sont identiques. Dans une forme de mise en œuvre plus particulière, les radicaux R5 et R6 sont identiques et représentent un atome de brome, un atome de chlore ou un atome d’iode. Dans une forme de mise en œuvre plus particulière encore, les radicaux R5 et R6 sont identiques et représentent un atome de brome.
Ainsi, le polymère de type ionène utilisable dans le cadre de la présente invention comprend, dans sa chaîne principale, un enchaînement de motifs répétitifs, identiques ou différents, chaque motif étant choisi entre le motif de formule (III) et le motif de formule (IV) :
dans lesquelles R1, R2, R3, R4, A et B sont tels que précédemment définis.
Dans un mode de réalisation particulier, le polymère de type ionène mis en œuvre dans la présente invention comprend, dans sa chaîne principale, un enchaînement de motifs répétitifs, identiques ou différents, chaque motif étant de formule (III) telle que précédemment définie dans laquelle :
- A représente un alkylène comprenant de 3 à 12 atomes de carbone et notamment 6 atomes,
- B représente un alkylène comprenant de 3 à 12 atomes de carbone et notamment 6 atomes de carbone, et
- les radicaux R1, R2, R3 et R4, identiques ou différents, représentent un méthyle ou un éthyle.
Avantageusement, dans ce mode de réalisation particulier, les radicaux R1, R2, R3 et R4 sont identiques.
Typiquement, le polymère de type ionène est préparé via une polyaddition également connue sous l’expression de « réaction de Menschutkin » impliquant au moins une diamine de formule (I) telle que précédemment définie et au moins un dihalogénure de formule (II) tel que précédemment défini. Les radicaux R1, R2, R3 et R4 portés par la ou les diamine(s) et les radicaux R5 et R6 portées par le ou les dihalogénure(s) sont les fonctions réactives lors de cette réaction de polyaddition.
Cette dernière est réalisée à une température supérieure à la température ambiante. Par « température ambiante », on entend une température de 23°C ± 5°C. Avantageusement, la température lors de la polyaddition est supérieure à 30°C. Typiquement, la température lors de la polyaddition est comprise entre 40°C et 80°C, en particulier, entre 55°C et 75°C et, plus particulièrement, est de l’ordre de 65°C (i.e. 65°C ± 5°C). Avantageusement, lors de l’étape de polyaddition, la ou les diamine(s) et le ou les dihalogénure(s) sont en solution dans un solvant polaire, protique ou aprotique. Ce solvant est notamment duN ,N-diméthylformamide (DMF) ou un solvant hydroxylé, en particulier, du méthanol, de l’éthanol ou un de leurs mélanges, et plus particulièrement du méthanol.
Par un travail de routine, l’homme du métier saura déterminer, sans effort inventif, la quantité de diamine(s) et d’halogénure(s) à mettre en œuvre en fonction notamment de leur solubilité dans le solvant ainsi que la durée de la polyaddition. A titre d’exemple, cette durée peut être comprise entre 4 h et 30 h, notamment entre 5 h et 24 h et, en particulier, entre 6 h et 15 h. Cette polyaddition est typiquement réalisée sous agitation et, avantageusement, sous atmosphère inerte. Elle est stoppée par refroidissement du milieu réactionnel.
La quantité totale de polymère(s) de type ionène dans le mélange-maître objet de la présente invention est comprise entre 0,5% et 50% en masse, notamment entre 1% et 30% et, en particulier, entre 2% et 10% en masse par rapport à la masse dudit mélange-maître. A titre d’exemples particuliers de mélange-maître objet de la présente invention, on peut citer un mélange-maître comprenant 3%, 5%, 10% en masse de polymère(s) de type ionène par rapport à la masse totale dudit mélange-maître.
Outre le ou les polymère(s) thermoplastique(s) et le ou les polymère(s) de type ionène, le mélange-maître selon la présente invention peut comprendre au moins un additif.
Tout additif utilisable dans le domaine de la plasturgie est utilisable dans le cadre de la présente invention. L’homme du métier saura déterminer le ou les additif(s) à ajouter sur la base des propriétés recherchées pour le mélange-maître ou pour l’article préparé à partir de ce dernier.
Typiquement, le ou les additif(s) présent(s) dans le mélange-maître selon la présente invention sont choisis dans le groupe constitué par des agents plastifiants, dispersants et/ou compatibilisants ; des agents produisant des espèces radicalaires ; des absorbeurs d’UV tels que les benzotriazoles et les hydroxybenzophénones ; des inhibiteurs de photo-oxydation tels que les stabilisants à la lumière d'amine encombrée ; des absorbeurs d’humidité tels que l’hydroxyde de calcium ; des antioxydants ; des pigments organiques tels que les anthraquinones, les phtalocyanines, les pigments polycycliques et les pigments azoïques ; les pigments inorganiques (ou minéraux) tels que le dioxyde de titane, les pigments à base de cobalt, les titanates, les oxydes de fer, les pigments de manganèse, les oxydes de chrome, le noir de carbone et le noir de fumée ; des stabilisateurs thermiques ; des agents ignifugeants tels que du trihydrate d'aluminium, de l'hydroxyde de magnésium, des charges inertes à base de silicium, des acides phosphoriques et des hydrocarbures chlorés ; des charges organiques telles que on peut citer la farine de bois et les fibres synthétiques ou naturelles ; des charges minérales telles que le talc, le graphite, le mica, la silice et la craie ; des agents lubrifiants (ou glissants) tels que le stéarate de calcium, les cires de polyéthylène et les silicones et leurs mélanges.
Dans un mode de réalisation particulier, ledit additif est un agent plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant. A titre d’agent(s) plastifiant(s), dispersant(s) et/ou compatibilisant(s) utilisable(s) dans le cadre de la présente invention, on peut citer les copolymères d’éthylène et d’acétate vinylique tel que le produit commercialisé sous la marque Evatane 2825® par la société Arkema ou le produit commercialisé sous la marque Viscowax 334® (Cire EVA) par la société Innospec, les cires telles que les cires de polyéthylène, les cires de copolymères éthylènes et les cires de polyéthylène oxydées commercialisées dans la gamme Luwax® par la société BTC ; le produit commercialisé sous la marque BYK® P4102 par la société BYK ; les phtalates ; les époxydes ; les esters d'acides aliphatiques dicarboxyliques ; les polyéthylènes ou polypropylènes greffés avec des groupes anhydrides maléïques (GMA) comme le produit commercialisé sous la marque Lushan LR-2D par la société Guanzhou Lushan New Materials ; le laurate de potassium ; des polyesters ; des phosphates et leurs mélanges.
Dans un autre mode de réalisation particulier, ledit additif est un agent produisant des espèces radicalaires. Tout agent produisant des espèces radicalaires habituellement utilisé dans le cadre d’une extrusion réactive est utilisable dans le cadre de la présente invention. Typiquement, l’agent produisant des espèces radicalaires mis en œuvre dans le cadre la présente invention est choisi dans le groupe constitué par les hydroperoxydes, les peroxydes organiques, les amines et les composés azoïques de formule R7-N=N-R8 avec les radicaux R7 et R8, identiques ou différents, représentant un groupe alkyle éventuellement substitué tel que précédemment défini ou un groupe aryle éventuellement substitué tel que précédemment défini. En particulier, cet agent est choisi dans le groupe constitué par les hydroperoxydes, les peroxydes organiques et leurs mélanges. A titre de tels agents utilisables dans l’invention, on peut citer le 1,3-1,4-Bis(tert-butylperoxyisopropyl)benzène commercialisé sous la marque Luperox® F40, le peroxyde de benzoyle commercialisé sous la marque Luperox® A75, le dicumyl-peroxyde commercialisé sous la marque Luperox® DCP, le 2,5-diméthyl-2,5-di(tert-butyl-peroxy)hexane commercialisé sous la marque Luperox® 101, le tert-butylcumyl-peroxyde commercialisé sous la marque Luperox® 801, le n-butyl-4,4-di(tert-butylperoxy)valerate commercialisé sous la marque Luperox® 230, le 1,1-di(t-butylpéroxy)-3,3,5-triméthylcyclohexane commercialisé sous la marque Luperox® 231 et l’hydroperoxyde de di-isopropylbenzène commercialisé sous la marque Luperox® DH, la gamme Luperox® étant vendue par la société Arkema.
Avantageusement, le ou les additif(s) mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est/sont au moins un agent plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant et/ou au moins un agent produisant des espèces radicalaires.
Lorsque le mélange-maître objet de la présente invention comprend au moins un additif additionnel, la quantité de ce ou ces additif(s) est comprise entre 0,05% et 30% en masse et notamment entre 0,1% et 20% en masse par rapport à la masse dudit mélange-maître.
Dans un mode particulier, lorsque ledit au moins un additif comprend au moins un agent plastifiant, le ou les agent(s) plastifiant(s), dispersant(s) et/ou compatibilisant(s)est/sont présent(s) en une quantité comprise entre 0,1% et 20% en masse par rapport à la masse dudit mélange-maître.
Dans un autre mode particulier, lorsque ledit au moins un additif comprend au moins un agent produisant des espèces radicalaires, le ou les agent(s) produisant des espèces radicalaires est/sont présent(s) en une quantité comprise entre 0,05% et 10% en masse par rapport à la masse dudit mélange-maître.
La présente invention concerne également un procédé de préparation d’un mélange-maître tel que précédemment défini. Ce procédé comprend l’extrusion d'un mélange comprenant au moins un polymère thermoplastique notamment tel que précédemment défini, au moins un polymère de type ionène notamment tel que précédemment défini et éventuellement au moins un additif notamment tel que précédemment défini à une température inférieure ou égale à 250°C, moyennant quoi un mélange-maître comprenant au moins un polymère thermoplastique, au moins un polymère de type ionène et éventuellement au moins un additif est obtenu.
Lors du procédé selon la présente invention, le ou les polymère(s) thermoplastique(s) se présentent typiquement sous forme de granulés. Par ailleurs, la quantité totale de polymère(s) thermoplastique(s) dans le mélange mis en œuvre dans le procédé objet de la présente invention est comprise entre 50% et 98% en masse, notamment entre 70% et 97% et, en particulier, entre 80% et 96% en masse par rapport à la masse dudit mélange.
Lors du procédé selon la présente invention, le ou les polymère(s) de type ionène se présentent typiquement sous forme de poudres, éventuellement micronisée et/ou tamisée de manière à avoir des particules dont la taille est inférieure à 50 µm. La quantité totale de polymère(s) de type ionène dans le mélange mis en œuvre dans le procédé objet de la présente invention est comprise entre 0,5% et 50% en masse, notamment entre 1% et 30% et, en particulier, entre 2% et 10% en masse par rapport à la masse dudit mélange.
Lors du procédé selon la présente invention, le ou les éventuel(s) additif(s) se présentent typiquement sous forme liquide ou sous forme de poudre. La quantité de ce ou ces additif(s) dans le mélange mis en œuvre dans le procédé objet de la présente invention est comprise entre 0,05% et 30% en masse et notamment entre 0,1% et 20% en masse par rapport à la masse dudit mélange.
Dans un mode particulier, lorsque ledit au moins un additif comprend au moins un agent plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant, le ou les agent(s) plastifiant(s), dispersant(s) et/ou compatibilisant(s) est/sont présent(s), dans le mélange mis en œuvre dans le procédé objet de la présente invention, en une quantité comprise entre 0,1% et 20% en masse par rapport à la masse dudit mélange.
Dans un autre mode particulier, lorsque ledit au moins un additif comprend au moins un agent produisant des espèces radicalaires, le ou les agent(s) produisant des espèces radicalaires est/sont présent(s), dans le mélange mis en œuvre dans le procédé objet de la présente invention, en une quantité comprise entre 0,05% et 10% en masse par rapport à la masse dudit mélange-maître.
L’étape d’extrusion du procédé selon la présente invention typiquement mise en œuvre dans une extrudeuse est réalisée à une température comprise entre 100°C et 250°C, notamment comprise entre 130°C et 220°C et, en particulier, de l’ordre de 150°C (i.e. 150°C ± 10°C) ou de l’ordre de 180°C (i.e. 180°C ± 10°C). L’homme du métier saura adapter la température lors de l’extrusion en fonction du ou des polymère(s) thermoplastique(s) mis en œuvre.
Le mélange entre les différents constituants que sont le ou les polymère(s) thermoplastique(s), le ou les polymère(s) de type ionène et le ou les éventuel(s) additif(s) peut être réalisé préalablement à son introduction dans l’extrudeuse et notamment dans un mélangeur ou malaxeur ou lors de son introduction dans l’extrudeuse. En variante, les différents constituants de ce mélange peuvent être introduits, dans l’extrudeuse, les uns après les autres ou en groupe.
Ainsi, lorsque le mélange comprend un additif tel qu’un agent plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant et/ou un agent produisant des espèces radicalaires, l’introduction de cet agent peut s’effectuer via un doigt d’injection après le mélange des autres constituants, ou lors d’un deuxième passage, en fonction de la fonte du mélange, de manière à maîtriser l’action de l’agent notamment de l’agent produisant des espèces radicalaires en jouant sur la température ou le temps de séjour dans l’extrudeuse. On peut également envisager d’introduire l’agent produisant des espèces radicalaires en amont du mélange, soit avant l’ajout du polymère de type ionène et/ou du ou des autre(s) additif(s) tel(s) qu’un ou des agent(s) plastifiant(s), dispersant(s) et/ou compatibilisant(s). En variante encore, cet additif tel qu’un agent plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant et/ou un agent produisant des espèces radicalaires peut être introduit, dans l’extrudeuse, en aval de la zone d’introduction du mélange comprenant au moins un polymère thermoplastique, au moins un polymère de type ionène et éventuellement au moins un autre additif. Typiquement, au niveau où l’agent plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant et/ou l’agent produisant des espèces radicalaires est introduit, le ou les polymère(s) thermoplastique(s), le ou les polymère(s) de type ionène et éventuellement le ou les additif(s) se présentent sous forme d’une phase visqueuse ou ramollie, relativement homogène.
Le fait d’utiliser, dans le mélange mis en œuvre dans le procédé selon l’invention, un agent produisant des espèces radicalaires facilite l’ancrage des polymères de type ionène dans la matrice thermoplastique du mélange-maître, en créant des liaisons covalentes entre les polymères de type ionène et les polymères thermoplastiques formant cette matrice. Dans ce cas de figures, l’extrusion mise en œuvre dans le procédé de préparation est une extrusion réactive. Cette dernière nécessite d’utiliser, comme additif dans le mélange, au moins un agent produisant des espèces radicalaires.
Le mélange-maître ainsi préparé se présente sous forme de joncs qui peuvent ensuite être découpés sous forme de granulés et utilisés directement dans des process de mise en œuvre.
La présente invention concerne donc l’utilisation d’un mélange-maître tel que précédemment défini pour préparer un article présentant des propriétés bactériostatiques ou bactéricides.
Ainsi, la présente invention concerne un article présentant des propriétés bactériostatiques ou bactéricides préparé à partir d’un mélange-maître tel que précédemment défini.
Comme précédemment évoqué, la présente invention s’applique à tout article à matrice thermoplastique pouvant servir non seulement dans l’emballage et la conservation des produits mais aussi comme dispositif de protection, de décontamination et/ou de purification dans le domaine médico-hospitalier ou de l’environnement. Par « article à matrice thermoplastique », on entend un article manufacturé dont le constituant essentiel est une résine thermoplastique. Cet article peut donc être choisi dans le groupe constitué par un film tel que, par exemple, un film d’emballage, une boîte, une barquette, une bouteille, un boîtier tel qu’un boîtier pour lentilles, un étui, un couvercle, un sachet, du matériel de dialyse, une tige, une sonde, une membrane et un filtre.
La présente invention concerne donc un procédé pour préparer un article présentant des propriétés bactériostatiques ou bactéricides à partir d’un mélange-maître tel que précédemment défini. Ce procédé comprend la transformation du mélange-maître tel que précédemment défini, éventuellement mélangé avec une résine thermoplastique en un article.
Le mélange-maître peut être utilisé, directement, à l’issue de sa préparation. En variante, il peut être dilué dans une résine thermoplastique. Dans cette variante, le procédé pour préparer un article présentant des propriétés bactériostatiques ou bactéricides à partir d’un mélange-maître tel que précédemment défini, comprend le mélange du mélange-maître tel que précédemment défini avec une résine thermoplastique, moyennant quoi une composition thermoplastique est obtenue puis la transformation de cette composition thermoplastique en un article.
Lors de l’étape de mélange du procédé de préparation d’un article selon la présente invention, la quantité de mélange-maître est comprise entre 5% et 40% en masse et notamment entre 8% et 35% en masse par rapport à la masse totale de la composition thermoplastique. Toute résine thermoplastique notamment telle que précédemment définie est utilisable dans le cadre du procédé selon la présente invention. Cette résine thermoplastique peut être identique au(x) ou différente de(s) polymère(s) thermoplastique(s) compris dans le mélange-maître. L’homme du métier saura choisir, sans effort inventif, la résine thermoplastique la mieux adaptée en fonction de l’article à préparer et du ou des polymère(s) thermoplastique(s) déjà présent(s) dans le mélange-maître.
L’étape de formation dans le procédé de préparation selon la présente invention peut être toute technique de mise en forme classiquement utilisée dans le domaine de la plasturgie. A titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, on peut citer un moulage par injection, un moulage par extrusion, un moulage par coextrusion, un thermoformage, un moulage par compression, un moulage par soufflage, un étirage-soufflage et une impression 3D. Ainsi, l’article selon la présente invention se présente sous forme d’un article moulé, extrudé, injecté, en films, en feuilles, en fibres, en matériaux composites tels que des objets coextrudés et en films multicouches.
La partie expérimentale ci-après illustre la préparation par coextrusion d’un film multicouche dont une des couches externes est préparée à partir d’un mélange-maître selon la présente invention.
L’article selon l’invention ou préparé selon un procédé de préparation selon l’invention présente, dans son épaisseur et en surface, des polymères de type ionène. En effet, ces polymères chargés ont la capacité de migrer, dans des thermoplastiques neutres, à la surface de l’article ainsi préparé. Les polymères de type ionène présents en surface de l’article permettent de conférer, à ce dernier, des propriétés bactériostatiques ou bactéricides et d’en faire un piège à bactéries.
Même si une partie des polymères de type ionène peuvent être relargués de la surface des articles, il est possible de minimiser ce relargage notamment en utilisant des mélanges-maîtres contenant des additifs et/ou obtenus via une extrusion réactive.
En variante, ce relargage peut présenter des avantages et être souhaitable. Par exemple, lorsque l’article selon l’invention ou préparé selon un procédé de préparation selon l’invention est un article susceptible de contenir un liquide comme une solution de nettoyage, le relargage des polymères de type ionène dans ce liquide a un rôle désinfectant.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à l’homme du métier à la lecture des exemples ci-après donnés à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
I.
P
rocédé de fabrication des mélanges-maîtres
(MM)
PE/PI
.
I.1.Synthèse du polyionène PI 6-6.
Les réactifs suivants ont été commandés chez Sigma-Aldrich. Les solvants ont été commandés chez Carlo Erba reagent. Tous les réactifs ont été utilisés après réception, sans purification supplémentaire.
Tous les composés sont introduits dans un tricol de 250 mL sous atmosphère inerte, surmonté d’un réfrigérant, dans l’ordre : le N,N,N’,N’-tétraméthyl-1,6-diaminohexane (23,0 mL, 0,1076 mol), 60 mL de méthanol, le 1,6-dibromohexane (16,6 mL, 0,1095 mol) et 60 mL de méthanol. Le mélange réactionnel, homogène et limpide, est chauffé à 65°C entre 6h et 15h sous agitation. La réaction est stoppée par refroidissement du milieu réactionnel. Le mélange obtenu est précipité dans l’acétone. Le précipité obtenu est filtré et séché.
On obtient un solide blanc de masse m = 52,98 g. RMN1H (D2O, δ en ppm) : 1,39 (s, 8H) ; 1,74 (s, 8H) ; 2,83 (s, 0,27H, extrémité amine) ; 3,01 (s, 12H) ; 3,23-3,30 (m, 8H) ; 3,46-3,49 (t, 0,38H, extrémité bromé).
Le polyionène ainsi obtenu est le PI 6-6 de formule :
I.2.Fabrication du MM à base de PI 6-6 et PEBD.
Environ 150 g de PI 6-6 ont été synthétisés en suivant le protocole de synthèse explicité au point I.1 ci-dessus. Le PI 6-6 obtenu a une masse molaire moyenne Mw= 19 000 g.mol-1et un indice de polydispersité de 2,3 (déterminé par chromatographie d’exclusion stérique). Le mélange-maître (MM) a été obtenu à partir d’un mélange d’environ 950 g de polyéthylène basse densité (PEBD, LDPE 410 E, DOW) à 50 g de PI 6-6, soit un MM à 5% en masse de PI 6-6. Un MM à 3% en masse de PI 6-6 a également été préparé à partir d’environ 970 g de PEBD et 30 g de PI 6-6.
La réalisation du MM nécessitant une étape d’extrusion, la tenue thermique de différents PI a été évaluée par des analyses thermogravimétriques (ATG) sous diazote et dioxygène. Ces analyses permettent d’affirmer que les PI peuvent être extrudés jusqu’à une température de 250°C environ, sans risque de dégradation de ces derniers. Les résultats sont regroupés dans le Tableau 1 ci-dessous.
Pour réaliser le MM, la poudre de PI finement broyée est introduite dans un sachet en plastique. On y ajoute des granulés de PEBD et on injecte un jet d’air sous pression dans le sachet plastique pour mélanger la poudre aux granulés. Le mélange ainsi obtenu est ensuite introduit dans un mélangeur (ou « compounder ») avant d’être extrudé à 150°C de manière à obtenir des joncs de MM PE-PI 6-6. Ces joncs sont ensuite découpés pour produire des granulés de MM PE-PI 6-6. Environ 900 g de MM PE-PI 6-6 ont ainsi été créés.
Des mélanges plus complexes ont également été élaborés avec l’addition de plastifiants, dispersants et/ou compatibilisants (entre 0,1% et 20%) pour améliorer les propriétés de mélange entre les deux composés (PE et PI) i.e. pour améliorer la compatibilité du PI dans la matrice de PE, et doncin fine, améliorer sa dispersion dans le film (répartition plus homogène des PI). Les plastifiants, dispersants et/ou compatibilisants utilisés sont les suivants : Evatane 2528, Luwax A, ViscoWax 334(r)/Cire EVA, BYK P4102, Laurate de Potassium, Lushan LR-2D, etc.
Des mélange-maîtres ont également été mis au point en utilisant l’extrusion réactive en présence de peroxydes (entre 0,05% et 10%) afin d’ancrer de manière plus robuste le PI dans le PE (formation d’un lien covalent inter-chaînes). Les peroxydes utilisés sont la gamme des Luperox® (F40P, A75, 231, 230, etc.) et toutes les autres formulations pouvant permettre une réaction radicalaire entre les polymères en présence. L’extrusion réactive en présence de peroxyde, avec ou non des plastifiants, dispersants et/ou compatibilisants, consiste à (1) introduire le mélange comprenant le PE et PI et éventuellement un plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant dans le mélangeur, (2) disperser le PI dans le PE moyennant quoi une bonne homogénéité entre les phases est obtenue, (3) ajouter du peroxyde moyennant quoi le PI est greffé sur le PE et (4) obtenir un mélange homogène stable. A noter que le plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant peut également être ajouté pendant et/ou après l’ajout du peroxyde.
II.
Fabrication du film de PE avec le mélange-maître PE-PI
6-6
.
Des films de PE de 100 µm d’épaisseur sont mis en œuvre par extrusion à 210°C (250 ou 230 bars) en incorporant les granulés de MM PE-PI 6-6 aux granulés de PEBD qui constituent la matrice. Les différents éléments sont coextrudés sur la ligne pilote 9 extrudeuses de type Tenter.
Les granulés de PEBD et les granulés de MM PE-PI 6-6 sont introduits via des filières, en différentes proportions, en contrôlant le débit et les masses introduites (filtration 940 µm). Ils sont ensuite fondus et mélangés lors du passage dans l’extrudeuse à vis. Une filière plate à la sortie de l’extrudeuse permet d’obtenir des films multicouches.
L’épaisseur du film visée est de 100 µm avec un rapport de couche 90/10 (couche MM PE-PI 6-6). La couche contenant le MM PE-PI 6-6 se trouve sur la partie extérieure du film (ensuite à l’intérieur du rouleau). La gaine (film de MM PE-PI 6-6), obtenue à la sortie de l’extrudeuse, est refroidie en glissant sur un mandrin, puis, par immersion dans un bain d’eau froide, afin de se trouver dans un état amorphe.
Le film est ensuite étiré (taux étirage long de 5 ou 4.5) à l’aide d’enrouleurs chauffés et évoluant à différentes vitesses (débit total 25 kg/h), avant d’être finalement bobiné (150 m enroulés). Des films de PE avec 10% et 30% en masse de MM dans la couche supérieure, ont été obtenus. Puisque les granulés de MM contiennent 5% en masse de PI 6-6, alors les films finaux possèdent respectivement 0,5% et 1,5% en masse de PI 6-6.
Le film n°2 constitue le témoin de la matrice PE sans MM. Les films n°4 PE MM 10% et n°6 PE MM 30% sont les films avec respectivement 0,5% m/m et 1,5% m/m de PI 6-6 dans les films extrudés.
En choisissant des granulés de PE basse densité (PEBD) pour constituer la matrice principale du film, la migration des éléments en surface est favorisée. Cette migration est aussi facilitée par le fait que le polyionène (PI 6-6) est chargé et hydrophile. Ainsi, bien que le PI soit ajouté dans la matrice du film, il devrait migrer en surface et produire un effet antibactérien par contact.
III.
Caractérisations biologiques des films PE
MM
.
Les films PE MM ont été caractérisés par des essais d’adhésion en microbiologie et des tests de cytotoxicité sur des cellules mammaliennes.
Les tests d’adhésion ont été complétés par un dénombrement des surnageants afin d’évaluer le relargage de ces surfaces. En effet, il n’y a pas de liaisons covalentes entre les PI et la matrice de PE dans l’exemple donné i.e. sans plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant, ni peroxyde. Ainsi, les études biologiques ont été menées sur les films PE MM n°2, n°4 et n°6.
III.1.Essais de bio - adhésion.
Les essais de bio-adhésion sont des tests qui permettent de mettre en évidence l’impact de la présence des PI sur l’adhésion des bactéries (effet pro-adhésif) et de déterminer l’effet antibactérien des matériaux modifiés. On évalue d’une part la quantité totale de bactéries qui a adhéré sur la surface, appeléeflore totale(FT), grâce à une observation microscopique et un comptage des bactéries sur les clichés d’épifluorescence ( ). D’autre part, on évalue la quantité de bactéries vivantes et capables de se multiplier après l’exposition aux surfaces modifiées, appelées bactériesviables cultivablesadhérentes (VC), en les décrochant et en les dénombrant sur milieu de culture gélosé.
Les tests d’adhésion sont réalisés avecStaphylococcus aureus(S. aureus) dans l’eau distillée pendant 3h à 37°C avec une suspension bactérienne à environ 106UFC.mL-1(UFC : Unité Formant des Colonies). Les résultats présentés sur la sont normalisés pour une solution à 106UFC.mL-1précisément, et sont la moyenne de cinq essais différents sur les films PE MM témoin et PE MM 10% (n = 5), et de trois essais différents sur le film PE MM 30% (n = 3). L’efficacité du décrochage est confirmée par l’observation majoritaire de champs noirs sur les matériaux après le décrochage aux ultrasons.
Deux résultats significatifs peuvent être soulignés sur ces essais. La flore totale est bien plus importante sur les PE MM 10% et 30% (ceux possédant du PI 6-6) que sur le PE témoin MM. L’écart entre la quantité de bactéries viables cultivables adhérentes par rapport à la flore totale est plus important, et de manière significative, sur les films PE MM 10% et 30% que sur le film PE MM témoin. En effet, l’écart est de 2,0 ; 3,8 et 5,9 log bactérie.cm-2pour les PE MM témoin, 10% et 30% respectivement.
Ces deux observations suggèrent donc que l’incorporation du PI dans la matrice de PE confère à la fois un effet pro-adhésif et antibactérien aux films. Il faut noter que l’écart entre la flore totale et le dénombrement de la flore viable cultivable sur le témoin, est important à cause de l’hétérogénéité de l’adhésion et du faible nombre de bactéries adhérentes, ce qui rend difficile le dénombrement correct de la quantité de bactéries (flore totale et flore viable cultivable). Cependant, l’effet antibactérien est tellement important dans le cas des PE MM que leur efficacité par rapport au témoin est indéniable. Les pourcentages d’efficacité sont de 99,98% et 99,9998% sur les PE MM 10% et 30% respectivement.
Dans le cas du film PE MM 30%, il s’agit d’un fort effet bactéricide puisque presque aucune bactérie vivante n’est retrouvée dans le dénombrement de la flore viable cultivable après l’exposition à ce film. Il faut vérifier que cet effet important est seulement obtenu par contact des bactéries avec le film ou s’il n’est pas également dû à un éventuel relargage des PI dans la suspension bactérienne qui immerge le matériau.
Des essais de bio-adhésion ont également été réalisés sur le film de PE MM 10% avec 10 espèces bactériennes différentes (isolats sauvages de produits carnés).
L’effet pro-adhésif est souche-dépendant et la capacité de piège du PE MM 10% est maximale pour des bactéries pathogènes et d’altérations (Tableau 2). L’incorporation des PI dans les films de PE a conféré, à ces surfaces, une propriété de piège à bactéries ciblé. Ceci est une propriété très intéressante dans le cadre de la réalisation d’emballages alimentaires afin de limiter la prolifération des flores pathogènes et d’altérations sur les aliments tout en conservant la flore positive utile par exemple pour une bonne maturation de la viande.
Pour mettre en évidence la présence de relargage (c’est-à-dire la présence de PI libres relargués de la surface dans la suspension bactérienne), les dénombrements des suspensions contaminantes (« surnageants ») utilisés pour les tests d’adhésion ont été effectués après les 3h d’adhésion. Il s’agissait de vérifier si les bactéries étaient inhibées par le film de PE MM seulement au contact avec la surface, ou bien aussi dans la suspension immergeant le matériau. Les dénombrements des bactéries viables cultivables dans les surnageants d’adhésion sont présentés sur la .
Une diminution importante de la quantité de bactéries viables cultivables dans le surnageant par rapport à la suspension mère contaminante (SM) est observée dans le cas du film de PE MM 30%. Une légère diminution est aussi perceptible dans le cas du PE MM 10% mais celle-ci n’est pas significative (Student, p-valeur > 0,05). Un relargage est donc avéré dans le cas du film avec la concentration la plus importante en PI. Ces essais ont été complétés avec une étude de cytotoxicité afin d’évaluer la toxicité potentielle des matériaux et du relargage.
III.2.Tests de cytotoxicité.
Pour caractériser la cytotoxicité des films, on réalise un test standardisé, appelé test MTT, qui permet de quantifier la viabilité cellulaire par des mesures de densité optique. Le test est réalisé suivant la norme NF EN ISO 10993-5 qui concerne les méthodes d’évaluation de la cytotoxicitéin vitrodes dispositifs médicaux.
Les essais de cytotoxicité ont été effectués, d’une part, sur des tapis cellulaires de fibroblastes de souris (L929) après une exposition de 48h aux films PE MM et, d’autre part, sur des épidermes de peau humains reconstruits (Skin+), après une exposition de 24h aux films extrudés. Les essais ont été répétés sur trois matériaux distincts pour chacun des tests (n = 3).
Comme les films PE MM flottent au-dessus des tapis cellulaires dans les puits lors des tests sur les L929, il est donc possible d’évaluer le relargage avec ces essais ( ).
Les essais n’indiquent pas de cytotoxicité des PE MM témoin et PE MM 10% puisque la viabilité cellulaire est au-dessus de 70%. Dans le cas du le PE MM 30%, la moyenne est aussi au-dessus de 70%, mais il faut noter que l’écart-type est plus important sur cet essai et que le seuil de cytotoxicité est compris dans l’écart-type des mesures. Un test de Student sur les données a permis de montrer que la différence n’est pas significative entre le contrôle et le film PE MM témoin mais qu’elle l’est entre le contrôle et les films PE MM 10% et 30% (p-valeur = 0,04 et p-valeur = 0,006 respectivement).
Comme lors de l’évaluation des surnageants, cet essai atteste aussi d’un relargage proportionnel à la concentration de PI dans le film, et celui-ci ne génère pas de cytotoxicité ou seulement potentiellement dans le cas des plus fortes concentrations en PI.
Pour les essais sur les épidermes humains reconstruits, les films de PE MM sont en contact direct avec les épidermes ( ).
Les essais n’indiquent pas de cytotoxicité des PE MM car les viabilités cellulaires sont au-dessus de 70%. De plus, les tests de Student montrent aussi qu’il n’y a pas de différence significative entre le PE MM témoin et les PE MM 10% et 30% (p-valeur > 0,05 dans les deux cas). L’absence de cytotoxicité du PE MM 30% sur les épidermes humains par rapport aux cellules L929 peut s’expliquer par la plus grande fragilité des cellules L929. Les L929 sont des tapis cellulaires monocouches alors que les épidermes humains reconstruits sont des systèmes multicouches (au moins 5). Ceci rend les épidermes humains reconstruits moins sensibles à la toxicité que les cellules L929.
Au vu des résultats de microbiologie et de cytotoxicité, la présence d’un relargage pour des chargements importants en PI (PE MM 30%) est indéniable. Toutefois, le PE MM 10% ne s’est pas révélé cytotoxique dans les conditions des deux tests et il possède des propriétés antibactériennes et pro-adhésives relativement efficaces par rapport au PE MM témoin. Pour ce type de matériaux extrudés, suivant l’application envisagée, notamment si le relargage est non souhaité, il faudrait limiter la concentration en MM dans la couche externe du film à 10% (soit 0,5% en PI). Une possibilité envisagée pour limiter le relargage des PI, est d’utiliser un procédé d’extrusion réactive en présence de peroxydes, pour faire réagir le PI avec le PE de la matrice (formation de liaisons covalentes).
IV.
Caractérisations physico-chimiques des films PE MM
.
IV.1.Mesures d’angles de contact.
Les mesures d’angles de contact sur tous les films (PE MM n°2, n°4 et n°6) ont été effectuées avec des gouttes d’eau D.I. microscopique (2 μL, macro-goniomètre) ou avec des quantités plus petites (pico-goniomètre). Les mesures au pico-goniomètre sont plus précises et permettent également d’évaluer l’homogénéité des films.
Sur la , il apparaît que les valeurs d’angles de contact du pico-goniomètre sont plus faibles que celles obtenues à partir des microgouttes. Les valeurs obtenues suivent néanmoins la même tendance, avec des valeurs d’angles de contact plus faibles en présence des PI, par rapport au PE MM témoin, ce qui confirme bien leur présence en surface.
IV.2.Mesures de potentiel zêta .
Les potentiels zêta ont été mesurés sur les films de PE MM 10% et 30% (PE MM n°4 et n°6), ainsi que le film de PE MM témoin (PE MM n°2). Les mesures à pH 4 et 5,5 sont indiquées sur la . Sur les deux valeurs de pH, les PE MM 10% et 30% ont des potentiels zêta supérieurs à celui du PE MM témoin. Ceci témoigne d’une quantité de charges positives plus importante sur les films avec les MM PI 6-6. L’apparition de charges positives en surface des PE MM 10% et 30% confirme la migration réussie des PI de la matrice PE vers la surface du film.
IV.3.Etude du relargage des PI.
Des études de relargage ont été menées sur différents types de mélanges PE-PI avec ou sans plastifiants, dispersants et/ou compatibilisants, et en présence ou non de peroxydes (Luperox® F40P, 0,25%).
Les résultats présentés aux Figures 8A, 8B et 8C montrent que la combinaison PE-PI-plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant-peroxyde est plutôt avantageuse pour réduire la quantité de PI relargué. Cependant, pour le Lushan LR-2D (polymères greffés d’anhydride maléique) ( ) et le laurate de potassium ( ), il semblerait que le plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant seul permette de réduire presque autant le phénomène de relargage. Pour la cire-EVA ( ), le plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant seul réduit le relargage mais l’ajout de peroxyde est un plus. Enfin, sans la présence de plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant, l’ajout du peroxyde réduit fortement le relargage et souvent plus que le plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant seul ou le mélange peroxyde-plastifiant, dispersant et/ou compatibilisant.
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[11] Dhendeet al,ACS Appl. Mater. Interfaces2011, 3, 2830-2837.
[12] Kurtet al,Langmuir2007,23, 4719-4723.
[13] Strassburget al,Macromol. Biosci.2015,15, 1710-1723.
[14] Louet al,Acta Biomaterialia2018,78, 78–88.
[15] Mattheiset al,Macromol. Biosci.2012,12, 341-349.
[16] Liuet al,Biomaterials2017,127, 36-48.
[17] Demande internationale WO 2020/115434 publiée le 11 juin 2020.
[18] Bernardiet al,Macromol. Biosci.2020,2000157.
Claims (15)
- Mélange-maître comprenant au moins un polymère thermoplastique et au moins un polymère de type ionène.
- Mélange-maître selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins polymère thermoplastique est choisi dans le groupe constitué par les polyamides ; les polyesters saturés comme le polytéréphtalate d’éthylène (PET) et le polytéréphtalate de butylène (PBT) ; le chlorure de polyvinyle (PVC) ; les polyoléfines ; les polymères styréniques comme le polystyrène (PS) et l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) ; et les poly(méth)acrylates comme le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ainsi que les combinaisons ou mélanges de ceux-ci.
- Mélange-maître selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit au moins polymère thermoplastique est une polyoléfine choisie dans le groupe constitué par le polyéthylène (PE), le polyéthylène basse densité (PEBD ou LDPE), le polyéthylène basse densité linéaire (PEBDL ou LLPDE), le polyéthylène haute densité (PEHD ou HDPE), le polypropylène (PP), le polyméthylpentène (PMP) et le polybutène-1 (PB-1).
- Mélange-maître selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la quantité totale dudit au moins un polymère thermoplastique dans ledit mélange-maître est comprise entre 50% et 98% en masse, notamment entre 70% et 97% en masse et, en particulier, entre 80% et 96% en masse par rapport à la masse dudit mélange-maître.
- Mélange-maître selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit au moins polymère de type ionène comprend, dans sa chaîne principale, un enchaînement de motifs répétitifs, identiques ou différents, chaque motif étant de formule (III) :
dans laquelle
- A représente un alkylène comprenant de 3 à 12 atomes de carbone et notamment 6 atomes de carbone,
- B représente un alkylène comprenant de 3 à 12 atomes de carbone et notamment 6 atomes de carbone, et
- les radicaux R1, R2, R3 et R4, identiques ou différents, représentent un méthyle ou un éthyle. - Mélange-maître selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la quantité totale dudit au moins un polymère de type ionène dans ledit mélange-maître est comprise entre 0,5% et 50% en masse, notamment entre 1% et 30% en masse et, en particulier, entre 2% et 10% en masse par rapport à la masse dudit mélange-maître.
- Mélange-maître selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit mélange-maître comprend en outre au moins un additif.
- Mélange-maître selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit au moins un additif est au moins un agent plastifiant dispersant et/ou compatibilisant et/ou au moins un agent produisant des espèces radicalaires.
- Mélange-maître selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la quantité dudit au moins un additif dans ledit mélange-maître est comprise entre 0,05% et 30% en masse et notamment entre 0,1% et 20% en masse par rapport à la masse dudit mélange-maître.
- Procédé de préparation d’un mélange-maître selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comprend l’extrusion d’un mélange comprenant au moins un polymère thermoplastique, au moins un polymère de type ionène et éventuellement au moins un additif à une température inférieure ou égale à 250°C, moyennant quoi un mélange-maître comprenant au moins un polymère thermoplastique, au moins un polymère de type ionène et éventuellement au moins un additif est obtenu.
- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite extrusion est une extrusion réactive.
- Article présentant des propriétés bactériostatiques ou bactéricides préparé à partir d’un mélange-maître selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
- Article selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit article est choisi dans le groupe constitué par un film, un film d’emballage, une boîte, une barquette, une bouteille, un boîtier, un étui, un couvercle, un sachet, du matériel de dialyse, une tige, une sonde, une membrane et un filtre.
- Procédé de préparation d’un article selon la revendication 12 ou 13, ledit procédé comprenant la transformation du mélange-maître selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 éventuellement mélangé avec une résine thermoplastique en un article.
- Procédé de préparation selon la revendication 14, caractérisé en ce qu’il comprend le mélange du mélange-maître selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 avec une résine thermoplastique, moyennant quoi une composition thermoplastique est obtenue puis la transformation de cette composition thermoplastique en ledit article.
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| WO2022254138A1 (fr) | 2022-12-08 |
| EP4347694A1 (fr) | 2024-04-10 |
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