Au Brésil, des chercheurs de l'Université d'État de São Paulo (UNESP) à Ilha Solteira ont mis au point un film qui peut remplacer le plastique dans les emballages alimentaires. Le film est fabriqué à partir d'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) et de déchets de cellulose bactérienne provenant du traitement industriel. Les deux matières premières sont durables. Ils sont combinés pour produire un film biodégradable de nanocristaux de cellulose bactérienne et de HPMC.

Le produit surpasse le film fait de HPMC seul. Un article sur le projet de recherche, qui a été soutenu par la FAPESP, est publié dans la revue ACS Applied Material &Interfaces.

« Nous avons entrepris de remplir la matrice HMPC de nanocristaux de cellulose bactérienne afin d'améliorer ses propriétés. Nous voulions également créer des protocoles plus écologiques pour le développement de nouveaux composites, du matériau lui-même à son origine, nous avons donc inclus la réutilisation des déchets industriels dans le projet, " a déclaré Márcia Regina de Moura Aouada, un co-auteur de l'article. Aouada est titulaire d'un doctorat. en chimie de l'UNESP, où elle enseigne et est chercheuse au Centre de Développement de Matériaux Fonctionnels (CDMF), l'un des chercheurs, Centres d'innovation et de diffusion (RIDC) soutenus par la FAPESP.

Depuis son doctorat, Aouada a étudié les films fabriqués à partir d'énergies renouvelables, et films comestibles et biodégradables, dans le but de réduire la production croissante de déchets solides sous la forme d'emballages alimentaires en plastique jetés.

« L'une des limitations des films en HPMC et autres biopolymères est leur faible résistance mécanique par rapport aux films traditionnels dérivés du pétrole. Ils sont également très perméables à la vapeur d'eau, ce qui limite les applications disponibles. Nous avons amélioré ces propriétés en ajoutant de la cellulose bactérienne, " a déclaré Pamela Melo, un étudiant diplômé en sciences des matériaux à l'UNESP et premier auteur de l'article sur le projet, qui a été menée pendant son doctorat. recherche sous la direction d'Aouada.

Recette de gâteau

Les chercheurs ont obtenu des déchets de cellulose bactérienne de Seven Indústria de Produtos Biotecnológicos, qui fabrique des biofilms de pansements dans l'état du Paraná. Pour transformer ces déchets en film adapté aux emballages alimentaires, ils ont d'abord réduit les déchets en poudre. "Nous avons ensuite soumis la poudre à une hydrolyse à l'acide sulfurique, un processus bien décrit dans la littérature, " a déclaré Melo. Le résultat était une suspension de nanocristaux de cellulose bactérienne, qu'ils ont mélangés avec de l'HPMC dilué dans de l'eau pour produire une dispersion filmogène, une cible d'intérêt pour l'industrie des bioplastiques.

« Il ne suffit pas de créer de bons composites. Nous devons trouver la meilleure solution pour obtenir de bonnes propriétés de film en faisant varier des facteurs tels que la viscosité et la concentration en nanoparticules. Une bonne analogie pourrait être une recette de gâteau :l'étude de la recette est une autre innovation importante dans notre étude. , " a déclaré Aouada.

« La façon dont les nanocristaux interagissent avec la matrice HPMC et sont distribués au sein de celle-ci déterminera la qualité du film, nous avons donc effectué des tests et sommes arrivés à la distribution optimale via une dispersion à haute énergie à l'aide d'un disperseur Turrax, " a déclaré Melo. La dispersion filmogène a été déposée sur un substrat. Les solvants se sont évaporés après 24 à 48 heures. Le résultat a été un plus fort, produit moins perméable que le film HPMC uniquement. La quantité d'eau absorbée par le matériau est actuellement une contrainte pour son utilisation dans l'emballage.

Un autre résultat positif est que les nanocristaux n'altèrent pas la transparence de l'HPMC.

Avantages de la cellulose bactérienne

La cellulose est le polymère le plus abondant dans la nature et le principal composant des fibres végétales, apporter de la rigidité aux plantes. La cellulose végétale est bien connue et utilisée dans la fabrication du papier, mais certaines bactéries, les algues et les invertébrés marins sécrètent également de la cellulose, qui a été utilisé pendant un certain temps dans les biofilms de pansements et se développe maintenant dans d'autres domaines, comme les emballages alimentaires.

La protection de l'environnement naturel en profite le plus. "La cellulose bactérienne peut être produite en laboratoire toute l'année, quelles que soient les conditions météorologiques et environnementales. C'est une molécule plus pure et le processus de production génère moins de pollution, " a déclaré Aouada. Le traitement de la cellulose végétale nécessite l'élimination des impuretés telles que la lignine à l'aide de composés organochlorés, qui sont nocifs pour l'environnement.

Un autre avantage de la cellulose bactérienne est la présence de fibres nanométriques dans sa structure. "C'est très intéressant car cela confère au matériau des propriétés distinctes telles qu'une haute résistance à la traction, c'est-à-dire qu'il peut supporter certaines charges ou contraintes sans se rompre, " a déclaré Aouada.

Prochaines étapes

Les chercheurs prévoient de continuer à tester les dispersions filmogènes jusqu'à ce qu'ils concluent qu'ils ont développé un produit compétitif. Ils étudient d'autres techniques de dispersion des polymères, en les comparant avec l'utilisation de HPMC, et évaluer leur biodégradabilité.

S'ils parviennent à développer de meilleures dispersions filmogènes, il peut être possible d'utiliser la cellulose bactérienne à plus grande échelle. "Notre objectif principal est de trouver des substituts aux matériaux qui ne sont pas considérés comme écologiquement corrects, tels que les produits pétroliers. Ces substituts comprennent des composites biodégradables dérivés de ressources renouvelables, " a déclaré Aouada.

L'utilisation de déchets de cellulose et d'autres types de déchets permet également de réduire les coûts de traitement. Les consommateurs préfèrent généralement le film plastique pour l'emballage car il est bon marché. De plus, il existe d'autres sources prometteuses de cellulose bactérienne, comme les industries de la canne à sucre et du soja. « Des études ont montré que la cellulose bactérienne peut être obtenue en utilisant de la mélasse de canne à sucre ou de soja comme substrat, " a déclaré Aouada.