Tasses, les cartons et emballages alimentaires en papier peuvent sembler biodégradables, mais beaucoup contiennent un revêtement en plastique qui ne peut pas être composté. Bien que sans plastique, des produits de papier durables sont disponibles, ils laissent souvent passer la graisse et l'huile, affaiblissant le papier et créant un gâchis. Aujourd'hui, les scientifiques rapportent avoir développé un revêtement polymère dégradable qui peut bloquer cette infiltration et pourrait conduire à de nouveaux produits biodégradables, matériaux à base de papier.

Les chercheurs présenteront leurs résultats lors de la réunion d'automne de l'American Chemical Society (ACS).

"Les consommateurs poussent vers des produits plus durables, " Matthieu Carter, Doctorat., chercheur principal sur le projet. « Mais fabriquer un produit en papier entièrement dégradable pour des applications à usage unique, comme les emballages de sandwichs, bols et plateaux que vous obtenez à la cafétéria - est un grand défi, " ajoute Carter, qui présente le travail à la réunion.

Les revêtements actuels résistants à l'huile et à la graisse pour les produits en papier jetables comprennent souvent des fluorocarbures ou des polyoléfines, mais ces polymères sont persistants dans l'environnement et ne peuvent pas être compostés. "L'une des choses qui rend les polymères conventionnels utiles est leur durabilité, " dit son collègue chercheur principal, André Hejl, Doctorat., qui travaille avec Carter chez Dow. Cette ténacité, qui a pour origine les liaisons carbone-carbone stables qui se forment lors de la polymérisation, est souhaitable dans, dire, une peinture maison à base de latex qui doit durer des années mais problématique dans un bol en papier destiné au compostage.

Une façon de rendre les polymères moins durables consiste à insérer des liaisons dégradables pour perturber leurs squelettes carbone-carbone, dit Carter. Faire cela, les chercheurs se sont tournés vers une technique de polymérisation radicalaire qui existait depuis des années mais n'avait pas été largement adoptée. Constatant un récent regain d'intérêt dans le monde universitaire pour l'utilisation de cette technique avec des monomères d'acétal de cétène cyclique et de vinyle, l'équipe de Dow a commencé à explorer comment traduire cette chimie dans un environnement industriel. Dans le milieu universitaire, la réaction a été généralement effectuée dans des solvants organiques, mais Dow voulait passer à l'eau comme substitut « plus vert ». C'était difficile parce que les monomères d'acétal de cétène cyclique sont instables dans l'eau, mais les chercheurs ont résolu ce problème en ajustant les conditions de réaction, y compris le pH, température et concentration en monomères.

Leur réaction a mélangé l'acétal de cétène cyclique 2-méthylène-1, 3-dioxépane et acétate de vinyle pour former un polymère avec des liaisons ester dans le squelette. L'équipe a ensuite enduit du papier avec une émulsion à base d'eau de ce polymère, un "latex" synthétique sans rapport avec le caoutchouc de latex naturel, et donc peu susceptible de déclencher une réaction allergique - et laissez-le sécher. Ils ont récemment signalé que le revêtement constituait une barrière efficace contre l'huile et la graisse, et que ses liaisons ester pourraient se briser dans l'eau, assez lentement à pH neutre mais plus rapide à pH plus élevé dans des conditions de laboratoire. Maintenant, les chercheurs commencent à évaluer la dégradabilité du revêtement dans des conditions industrielles pertinentes. Jusqu'à présent, ils ont montré que les micro-organismes utilisés dans les composteurs industriels peuvent aider à biodégrader le polymère dans les eaux usées simulées. "Le concept est d'avoir un long polymère qui se décompose en plus petits morceaux qui seront finalement décomposés par les microbes en CO 2 , " dit Hejl.

D'autres chercheurs et entreprises ont développé des produits de restauration biodégradables avec des revêtements à base de matériaux naturels tels que le lactosérum ou le chitosane. "Ce sont d'excellentes options, mais ils ont des limites en termes d'obtention des performances souhaitées à un prix approprié, " dit Hejl. Et certains revêtements doivent être appliqués comme une solution très diluée, il faut donc évaporer beaucoup d'eau pour les sécher, il ajoute. "Il y a donc beaucoup de matériaux potentiels, et je ne pense pas que quoi que ce soit ait encore coché toutes les cases. » Mais les chercheurs de Dow pensent que leur revêtement pourrait bien remplir la facture.

"Plus généralement, si vous regardez le concept d'interruption d'un squelette carbone-carbone stable avec des liaisons dégradables, cela ouvre vraiment beaucoup d'opportunités au-delà des seuls revêtements de papier, " dit Carter. " D'autres applications incluent des formulations de soins personnels ou de soins à domicile, comme le shampoing et le cirage. Beaucoup de ces matériaux contiennent actuellement des polymères synthétiques de liaison carbone-carbone. Cette approche pourrait donc être un moyen puissant d'introduire la dégradabilité dans de nouvelles classes de matériaux à l'avenir. »