Fibres d'un dérivé du maïs, plastique biodégradable développé à l'Université du Nebraska-Lincoln. Des chercheurs du Nebraska et leurs collègues ont démontré une nouvelle technique pour améliorer les propriétés du bioplastique qui pourrait également rationaliser sa fabrication, le rendant plus compétitif par rapport à ses homologues à base de pétrole. Crédit :Craig Chandler, Université du Nebraska-Lincoln
Présentation d'une étape simple à la production d'origine végétale, le plastique biodégradable pourrait améliorer ses propriétés tout en surmontant les obstacles à sa fabrication commerciale, dit une nouvelle recherche de l'Université du Nebraska-Lincoln et de l'Université de Jiangnan.
Cette étape ? Apporter la chaleur.
Yiqi Yang du Nebraska et ses collègues ont découvert que l'élévation de la température des fibres bioplastiques à plusieurs centaines de degrés Fahrenheit, puis les laisser refroidir lentement, a grandement amélioré la résistance normalement médiocre du bioplastique à la chaleur et à l'humidité.
Son approche thermique a également permis à l'équipe de contourner les solvants et autres coûteux, des techniques chronophages généralement nécessaires pour fabriquer un bioplastique commercialement viable, rapporte l'étude.
Yang a déclaré que l'approche pourrait permettre aux fabricants de plastique dérivé du maïs, comme une usine Cargill à Blair, Nebraska - pour produire en continu le matériau biodégradable à une échelle qui approche au moins le plastique à base de pétrole, la norme de l'industrie. Des recherches récentes estiment qu'environ 90 % du plastique américain n'est pas recyclé.
« Cette technologie propre permet (la) production à échelle industrielle de plastiques biosourcés commercialisables, " ont rapporté les auteurs.
Pas facile d'être vert
L'approche utilise l'acide polylactique, ou polylactide, un composant de plastique biodégradable qui peut être fermenté à partir d'amidon de maïs, canne à sucre et autres plantes. Bien que la plupart des plastiques soient fabriqués à partir de pétrole, le polylactide est devenu une alternative plus respectueuse de l'environnement.
Pourtant, la sensibilité du polylactide à la chaleur et à l'humidité, notamment pendant le processus de fabrication, a limité son utilisation dans le textile et d'autres industries. En cherchant des moyens de résoudre le problème, les chercheurs ont découvert il y a longtemps que le mélange de molécules de polylactide à image miroir, généralement appelées « L » et « D », pouvait produire des interactions moléculaires plus fortes et de meilleures performances que d'utiliser uniquement le L ou le D seul.
Chercheurs du Nebraska (de gauche à droite) Wei Li, Yiqi Yang et Bingnan Mu ont collaboré avec des collègues en Chine pour développer un fibre plastique biodégradable dérivée de l'amidon de maïs. Crédit :Craig Chandler, Université du Nebraska-Lincoln Fibres bioplastiques préparées de manière conventionnelle avant (en haut à gauche) et après (en bas à gauche) d'être exposées à l'humidité, par rapport aux fibres traitées thermiquement avant (à droite) et après (à l'extrême droite) le même processus. Crédit:
Mais il y avait un autre hic. Il est difficile de convaincre une proportion raisonnable des molécules L et D de s'apparier de façon permanente, obligeant souvent les chercheurs à concocter des programmes de jumelage coûteux et compliqués. Certains des plus courants impliquent l'utilisation de solvants ou d'autres agents chimiques dont l'élimination peut entraîner des problèmes environnementaux.
"Le problème est que les gens ne pouvaient pas trouver un moyen de le faire fonctionner pour que vous puissiez l'utiliser à grande échelle, " dit Yang, Charles Bessey Professeur d'ingénierie des systèmes biologiques et de textiles, merchandising et design de mode. "Les gens utilisent des solvants désagréables ou d'autres additifs. Mais ceux-ci ne sont pas bons pour une production continue.
"Nous ne voulons pas dissoudre les polymères et ensuite essayer d'évaporer les solvants, puis envisager de les réutiliser. C'est juste trop cher (et) pas réaliste."
Chauffer
Yang et ses collègues ont décidé de poursuivre une autre approche. Après avoir mélangé des pastilles de polylactide L et D et les avoir filées en fibres, l'équipe les a rapidement chauffés jusqu'à 400 degrés Fahrenheit.
Le bioplastique résultant a résisté à la fusion à des températures de plus de 100 degrés supérieures à celles des plastiques contenant uniquement les molécules L ou D. Il a également maintenu son intégrité structurelle et sa résistance à la traction après avoir été immergé dans l'eau à plus de 250 degrés, se rapprochant des conditions que les bioplastiques doivent endurer lorsqu'ils sont incorporés dans des textiles teints.
L'industrie textile produit environ 100 millions de tonnes de fibres par an, Yang a dit, ce qui signifie qu'une alternative verte réalisable à la fabrication à base de pétrole pourrait être rentable à la fois sur le plan environnemental et financier.
"Nous avons donc utilisé un moyen peu coûteux qui peut être appliqué en continu, qui est une grande partie de l'équation, " Yang a déclaré. "Vous devez être capable de le faire en continu afin d'avoir une production à grande échelle. Ce sont des facteurs importants."
Bien que l'équipe ait démontré une production continue à plus petite échelle dans le laboratoire de Yang, il a dit qu'il s'intensifiera bientôt pour illustrer davantage comment l'approche pourrait être intégrée dans les processus industriels existants.
