Le dernier développement d'un professeur de l'Université d'Akron (UA) dans le domaine des bioplastiques a le potentiel de faire des progrès importants en matière de durabilité pour les futurs plastiques.

Dans le laboratoire du Dr Shi-Qing Wang de la School of Polymer Science and Polymer Engineering de l'UA, l'équipe se concentre sur la recherche qui présente des stratégies efficaces pour transformer des polymères fragiles en matériaux résistants et flexibles. Par exemple, le groupe a récemment réalisé un prototype de gobelet en poly(acide lactique) (PLA) transparent, super résistant et ne rétrécit pas lorsqu'il est rempli d'eau bouillante.

« Les plastiques sont devenus un élément essentiel de notre vie quotidienne, bien que la plupart ne puissent pas être recyclés et s'accumulent donc dans les décharges, " dit Wang, qui est actuellement professeur de science des polymères à Kumho. « Des alternatives biodégradables/compostables prometteuses, comme le PLA, ne sont généralement pas assez solides pour remplacer les polymères traditionnels à base de combustibles fossiles comme le poly(éthylène téréphtalate) (PET) car ces matériaux durables sont cassants. »

Dr Ramani Narayan, professeur distingué au département de génie chimique et de science des matériaux de la Michigan State University, et scientifique de renom dans le domaine des bioplastiques, dit que la recherche de Wang a le potentiel d'être une percée sur le marché du PLA.

"Le PLA est le premier polymère au monde 100 % biosourcé et entièrement compostable, " dit Narayan. " Mais il a une faible ténacité et une faible température de distorsion thermique. Il se ramollit et s'effondre structurellement à environ 140 degrés Fahrenheit, le rendant inutilisable dans de nombreuses applications d'emballage d'aliments chauds et dans des récipients jetables. Les recherches du Dr Wang pourraient être une technologie perturbatrice car son prototype de tasse en PLA est solide, transparent, et pourtant rigide pour contenir de l'eau bouillante."

Wang, qui enseigne à l'UA depuis 20 ans, a essayé d'établir une base de connaissances pour comprendre la relation traitement-structure-propriété pour divers plastiques et appliquer les dernières connaissances pour faire face à la fragilité notoire du PLA.

Pour expliquer la science derrière la façon dont son prototype de gobelet en PLA est capable de gagner en ductilité et d'obtenir une résistance à la chaleur, Wang utilise l'analogie des spaghettis cuits. Si le PLA fondu est agrandi un million de fois, chaque molécule en forme de chaîne ressemblerait à un brin de spaghetti, plusieurs mètres de long. Pour que les thermoplastiques (y compris le PLA) soient résistants, il est important que la cristallisation ne supprime pas ou ne perturbe pas l'entrelacement des « brins de spaghetti ».

Wang appelle cette structure entrelacée le « réseau de chaînes ». C'est grâce à une telle structure que n'importe qui peut ramasser presque tous les brins de spaghetti d'un bol avec une paire de baguettes. Ce réseau de chaînes, lorsqu'il est correctement manipulé, garantit que le gobelet en PLA est mécaniquement résistant sans cristallisation. Mais une telle tasse commerciale s'effondre lorsqu'on y verse de l'eau bouillante. "Les tasses en PLA normalement cristallisé peuvent contenir de l'eau bouillante mais sont terriblement cassantes et opaques, " dit Wang.

En étudiant l'origine de la ductilité dans les polymères semi-cristallins, Le groupe de recherche de Wang a découvert un moyen de limiter les cristaux à des échelles nanoscopiques dans le PLA tout en préservant le réseau, résultant dans le clair, tasse solide et résistante à la chaleur. Une telle tasse transparente peut contenir du thé et du café chauds et pourrait remplacer la plupart des gobelets en plastique sur le marché.

"L'impact de notre nouvelle compréhension pourrait enfin stimuler le marché du PLA à croître de façon exponentielle, " dit Wang.