FR3152809A1 - Film hydrosoluble biodégradable à base de caséine et/ou de caséinate pour la production d’emballages ou d’étiquettes et son procédé d’obtention - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un film comprenant de la caséine et/ou du caséinate, et de la cellulose. Ce film peut être utilisé comme emballage, notamment comme emballage hydrosoluble, ou pour produire des étiquettes hydrosolubles.

Description

Film hydrosoluble biodégradable à base de caséine et/ou de caséinate pour la production d’emballages ou d’étiquettes et son procédé d’obtention
Le domaine de l'invention est celui des films thermoplastiques, hydrosoluble et biosourcés, plus précisément celui des films thermoplastiques à base de caséine et/ou caséinate.
En particulier, la présente invention concerne un film comprenant de la caséine et/ou du caséinate, et de la cellulose. Ce film peut notamment être utilisé comme emballage ou pour produire des étiquettes hydrosolubles ou des matériaux multicouches.
 Arrière-plan technologique
La diminution des ressources non renouvelables, telles que le pétrole, et l’augmentation de la pollution liée à ces ressources entrainent le développement de solutions alternatives moins polluantes et plus respectueuses de l’environnement.
Dans le domaine des films plastiques, de nouvelles matières biodégradables sont développées. Ces nouveaux films peuvent être fabriqués à partir de polymères d’origine naturelle ou de polymères synthétiques. Par exemple, des protéines végétales, telles que les protéines de maïs et de soja, ou des protéines animales peuvent être utilisées pour fabriquer des emballages.
Parmi les protéines animales, la caséine est particulièrement intéressante. En effet, cette protéine issue du lait est accessible en grande quantité et les films à base de caséine présentent une bonne transparence et une bonne biodégradabilité.
Le document FR2963013 décrit des films thermoplastiques biodégradables à base de caséine et/ou de caséinate et leur procédé de fabrication. Cependant, ces films thermoplastiques ne sont pas facilement exploitables industriellement. Par exemple, le film peut avoir des propriétés mécaniques insuffisantes et peut être collant. Il est alors difficile, voire impossible, de tirer sur le film pour dérouler les bobines de films en utilisant des équipements industriels car les différentes couches se collent entre elles. Ainsi, il est impossible de dérouler les bobines sans que le film se casse.
L’amélioration de ces propriétés est donc nécessaires pour pouvoir utiliser ce type de film dans certaines applications comme les emballages ou les étiquettes hydrosolubles. Ces dernières sont généralement composées d’une couche d’adhésif et d’une couche de film plastique (polypropylène, polyéthylène téréphtalate ou autre). Ainsi, il serait donc intéressant d’utiliser d’utiliser un film hydrosoluble et biodégradable à base de caséine/caséinate pour ce type de produit.
Dans ce contexte, la présente invention vise à satisfaire au moins l’un des objectifs suivants.
Un des objectifs de la présente invention est la fourniture d’un film à base de caséine/caséinate ayant des propriétés mécaniques améliorées.
Un autre objectif de la présente invention est la fourniture d’un film à base de caséine/caséinate ayant un collant bobine qui soit faible, afin de pouvoir être mis en bobine puis déroulé.
Un autre objectif de la présente invention est la fourniture d’un film à base de caséine/caséinate qui peut être utilisé pour produire des étiquettes hydrosolubles.
Résumé
L’invention concerne en premier lieu un film caractérisé en ce qu’il comprend (en % en masse) :
  1. entre 25 et 80 % de caséine et/ou de caséinate, de préférence entre 30 et 70 %, préférentiellement entre 40 et 65% ;
  2. entre 1 et 20% de cellulose, de préférence entre 2 et 15 %;
  3. entre 3 et 17% d’eau, de préférence entre 5 et 15 % ; et
  4. entre 10 et 30% d’au moins un plastifiant différent dec ), de préférence entre 15 et 25%.
Les inventeurs ont découvert que le mélange de caséine/caséinate et de cellulose permettait d’obtenir un film ayant des propriétés mécaniques améliorées, en particulier un module d’Young et une contrainte à la rupture plus élevés. De plus, ce film a un collant bobine faible, la bobine de film peut donc être déroulée facilement. Ces propriétés améliorées permettent de pouvoir utiliser ce film industriellement.
En particulier, il est possible d’utiliser ce film pour produire des emballages et/ou des étiquettes hydrosolubles.
L’invention concerne également un matériau multicouche comprenant :
i) Au moins une couche de supportA, de préférence un matériau cellulosique A, et
ii) Au moins une couche de matériauBcomprenant un film
L’invention concerne également une étiquette hydrosoluble comprenant un film.
L’invention concerne également l’utilisation d’un film pour produire une étiquette hydrosoluble, ou un matériau multicouche.
L’invention concerne également un emballage comprenant au moins une couche de film ou au moins un matériau multicouche.
L’invention concerne également un produit, caractérisé en ce qu’il est emballé par un film, un matériau multicouche, ou par un emballage.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un film caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
  1. mise en œuvre d’une extrudeuse de préférence une extrudeuse bi-vis ;
  2. introduction des composésa)àd), dans l’extrudeuse ;
  3. récupération de granulés à la sortie de l’extrudeuse ;
  4. éventuellement séchage des granulés ;
  5. extrusion gonflage des granulés pour obtenir un film
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un film, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
  1. Mélange des composésa)àd )dans de l’eau ;
  2. Coulée du mélange obtenu à l’étape 1 sur une surface de coulée ; et
  3. Evaporation d’une partie de l’eau pour former un film.
L’invention concerne également un procédé de conditionnement d’un produit à l’aide d’un film, d’un matériau multicouche ou d’un emballage, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
  1. Thermoformage d’un premier morceau de film, de matériau multicouche ou d’emballage ;
  2. Enveloppement du produit dans le premier morceau de film de matériau multicouche ou d’emballage thermoformé ; et
  3. Scellage avec un deuxième morceau de film, de matériau multicouche ou d’emballage, de préférence avec de l’eau ou une solution aqueuse.
L’invention concerne également un procédé de conditionnement d’un produit à l’aide d’un film, d’un matériau multicouche, ou d’un emballage, caractérisé en ce qu’il comprend étapes suivantes :
  1. Enveloppement du produit à conditionner dans un morceau de film, de matériau multicouche ou d’emballage ;
  2. Thermoscellage du film, du matériau multicouche ou de l’emballage ;
  3. Optionnellement, humidification du film, du matériau multicouche ou de l’emballage ; et
  4. Thermorétractation du film, du matériau multicouche ou de l’emballage, à une température comprise entre 80°C et 200°C.
Par ailleurs, le film peut être biosourcé. Le film peut être thermoplastique. Le film peut être biodégradable.
 Description détaillée
Par «film», on entend, par exemple, un film ou une gaine (film tubulaire) obtenu par extrusion gonflage, extrusion en filière plate ou voie solvant. Il est bien connu de l’homme du métier que l’extrusion gonflage permet d’obtenir une gaine qui est ensuite coupée pour obtenir un film.
Par «emballage», on entend un objet destiné à contenir et à protéger des marchandises, à permettre leur manutention et leur acheminement du producteur au consommateur ou à l’utilisateur, et à assurer leur présentation, leur conservation, leur protection et/ou leur utilisation.
Par «thermoplastique», on entend, par exemple, une matière qui devient malléable et pliable au-dessus d’une température donnée, la température de transition vitreuse Tg, mais qui en dessous de cette Tg redevient dure, ces transformations étant réversibles.
Par «biodégradable», on entend, par exemple, un film qui peut être décomposé sous l’action de micro-organismes (bactéries, champignons, algues…). Le résultat de cette décomposition est la formation d’eau, de CO2et/ou de méthane et éventuellement de sous-produits (résidus, nouvelle biomasse) non toxiques pour l’environnement. Il s’agit, par exemple, d’un film selon la norme européenne EN NF 13432.
Par« entre x et y», on entend, par exemple, que les bornesxetysont incluses dans l’intervalle [x,y].
Par «hydrosoluble», on entend, par exemple, qui se dissout dans l’eau. L’hydrosolubilité d’un film peut être mesurée de la façon suivante : un morceau de film (5 cm x 5 cm, découpé avec un emporte-pièce) est fixé sur un porte diapositive puis est plongé dans un bécher de 1000 ml de capacité, contenant de 600 ml d’eau distillée à 20°C sous agitation, avec un barreau magnétique, à 300 tr/min. Le temps que met le film à se percer est mesuré. Le délitement du film entraîne la formation de particules de film. Le test dure 10 minutes au bout desquelles les particules sont passées dans un tamis de 2 mm pour vérifier la taille des particules. Lorsqu’il n’y a pas de particules dans le tamis, le film est considéré comme hydrosoluble.
Par «plastifiant», on entend, par exemple, une substance permettant d’abaisser la température de transition vitreuse Tg du film.
Par «détergent», on entend, par exemple, une composition qui possède des propriétés nettoyantes. Parmi les détergents, on peut citer les produits pour lave-vaisselle et les lessives. Les détergents peuvent être sous forme de poudre, de poudre compactée ou liquide.
Par «hydrophobe», on entend, par exemple, un composé ayant peu d’affinité avec l’eau et ayant tendance à ne pas s’y dissoudre. Typiquement, il s’agit d’un composé majoritairement apolaire.
Par «hydrophile», on entend, par exemple, un composé ayant une affinité avec l’eau et ayant tendance à s’y dissoudre. Typiquement, il s’agit d’un composé ayant des groupements polaires capables de former des liaisons hydrogène.
Par «tensioactif», on entend, par exemple, une molécule amphiphile, c’est-à-dire une molécule possédant à la fois des propriétés hydrophiles et hydrophobes.
Par «HLB», on entend, par exemple, l’équilibre hydrophile-lipophile (en anglais : hydrophilic-lipophilic balance). La valeur de la HLB peut être calculée selon la méthode suivante : HLB=20 x (Masse molaire de la partie hydrophobe) / (Masse molaire de la molécule).
Par «agent séquestrant», on entend, par exemple, des ligands qui forment des complexes chimiques avec des ions métalliques tels que cuivre, fer, nickel, calcium et magnésium.
Par« acide gras », on entend, par exemple, un monoacide carboxylique aliphatique.
Par «biosourcé», on entend, par exemple, un produit fabriqué à partir de matières d’origine biologique.
Par « collant bobine », on entend, par exemple, l’adhésion de 2 ou plusieurs spires de bobines de film entre elles. Lorsque le collant bobine est élevé, il est difficile, voire impossible, de dérouler le film car les spires sont difficilement séparables. La présente invention cherche à avoir un collant bobine faible afin de pouvoir dérouler le film facilement. Le collant bobine peut par exemple être déterminé au moyen d’un test de débobinage, comme présenté dans les exemples.
Sauf indication contraire, les pourcentages sont exprimés en masse par rapport à la masse totale du film.
Film
L’invention concerne en premier lieu un film caractérisé en ce qu’il comprend (en % en masse) :
  1. entre 25 et 80 % de caséine et/ou de caséinate, de préférence entre 30 et 70 %, préférentiellement entre 40 et 65% ;
  2. entre 1 et 20% de cellulose, de préférence entre 2 et 15 %;
  3. entre 3 et 17% d’eau, de préférence entre 5 et 15 % ; et
  4. entre 10 et 30% d’au moins un plastifiant différent dec ), de préférence entre 15 et 25%.
Les proportions des différents constituantsa),b),c),d),et des autres constituants potentiellement présents sont exprimées en % en masse par rapport à la masse totale du film.
Le film peut être hydrosoluble. Il peut être imprimable et/ou imprimé. Le film peut être biodégradable. Selon un mode de réalisation préféré, le film est hydrosoluble et biodégradable.
Le film comprenda)entre 25 et 80 % de caséine et/ou de caséinate. Le film peut comprendre entre30 et 70 %, entre 40 et 65%, ou entre 45 et 65% de caséine et/ou caséinate.
La caséine est une protéine issue du lait qui est peu soluble dans l’eau. Elle est principalement obtenue par précipitation en ajoutant au lait un acide (caséine acide) ou de la présure (caséine présure), ou par filtration (caséine micellaire). La caséine consiste en un mélange de caséine α, caséine β et caséine κ ayant des masses molaires comprises entre 19000 et 25000g/mol. Par caséinate, on entend, par exemple, un sel de caséine dont le contre cation est choisi dans le groupe comprenant -de préférence constitué par – calcium, potassium, ammonium, sodium et magnésium.
Selon un mode de réalisation du film,a)comprend au moins une caséine.
Selon un autre mode de réalisation du film,a)comprend au moins un caséinate, par exemple un caséinate de sodium, ou un mélange de caséinates.
Selon un autre mode de réalisation du film,a)comprend un mélange de caséine et d’au moins un caséinate. Dans ce cas, le rapport en masse entre la caséine et le(s) caséinate(s) peut être compris entre 5/95 et 95/5, 20/80 et 80/20 ou 40/60 et 60/40.
Le film comprendb)entre 1 et 20% de cellulose, de préférence entre 2 et 15 %. Le film peut comprendre entre 2,5 et 15% de cellulose.
L’ajout de cellulose permet d’améliorer les propriétés mécaniques du film. L’ajout de cellulose permet également de diminuer le collant bobine du film. Il est donc possible d’utiliser les bobines de film dans des applications industrielles.
Par cellulose, on entend tout type de cellulose, et de ses dérivés. Parmi les celluloses qui peuvent être utilisées dans la présente invention, on peut citer la cellulose ultra fine, la cellulose microcrystalline, les fibres de cellulose, la poudre de cellulose, la méthylcellulose, l’éthylcellulose, l’hydroxyméthylcellulose, l’hydroxypropylméthyl cellulose, l’éthylméthylcellulose, et la carboxyméthylcellulose. Selon un mode de réalisation particulier, le film comprend de la cellulose ultrafine, ou microcellulose.
Le film comprendc)entre 3 et 17% d’eau, de préférence entre 5 et 15 %, et préférentiellement entre 8 et 14%. L’eau agit comme un plastifiant qui doit être distingué du plastifiantd)entrant dans la composition du film selon l’invention.
Le film comprendd)entre 10 et 30% d’au moins un plastifiant différent dec ), de préférence entre 15 et 25%, préférentiellement entre 16 et 24%.
Ce plastifiantd)peut être choisi parmi les polyols, les acétates de glycérol, les propionates de glycérol et leurs mélanges.
À titre d’exemples de polyols, on peut citer le glycérol, l’hexanetriol, les glycols, dont l’éthylène glycol, et les sucres et leurs dérivés.
À titre d’exemples de sucres, on peut citer les disaccharides, tels que le maltose, le lactose, le saccharose et les monosaccharides tels que le fructose.
Parmi les dérivés des sucres, on peut citer leurs dérivés hydrogénés tels que le sorbitol, le maltitol, le mannitol, et le xylitol, ou bien encore les produits de transformation de ces dérivés hydrogénés tels que le sorbitane.
Selon un mode de réalisation du film, le plastifiantd)est choisi parmi le glycérol, le sorbitol, le mannitol, l’éthylène glycol et leurs mélanges. Préférentiellement, le plastifiantd)est choisi parmi le glycérol, le sorbitol, et leurs mélanges. Selon un mode de réalisation, le plastifiantd)est du glycérol.
Le plastifiantd)peut contenir de l’eau résiduelle.
Le plastifiantd)permet de baisser la viscosité du produit en augmentant la mobilité des chaines moléculaires.
Avantageusement, le plastifiantd)est un plastifiant hydrophile.
Le film peut comprendre en outre entre 0,01 et 8% d’un agent hydrophobe e), de préférence entre 0,1 et 4%, et préférentiellement entre 0,1 et 2%.
Avantageusement, le film comprend entre 0,5 et 6%, de préférence entre 1 et 3%, d’un agent hydrophobee).
L’agent hydrophobee)peut être choisi parmi :
- les esters de polyacide carboxylique ;
- les acides carboxyliques en C3-C33, de préférence les acides gras en C4-C28, et, encore plus préférentiellement les acides gras insaturés en C6-C28;
- et leurs mélanges.
Les esters de polyacide carboxylique peuvent être issus d’au moins un polyacide carboxylique et d’au moins un alcool, de préférence un alcool en C1-C18.
Parmi les polyacides carboxyliques préférentiellement retenus dans le cadre de l’invention, on peut citer l’acide citrique, l’acide hydroxycitrique, l’acide tartrique, l’acide malique, l’acide oxalique, l’acide malonique, l’acide succinique, l’acide glutarique, l’acide adipique, l’acide maléique, l’acide fumarique.
Parmi les alcools privilégiés conformément à l’invention, on peut citer les alcools en C2-C6, comme par exemple l’éthanol, len-propanol, l’iso-propanol, len-butanol et letert-butanol.
Selon un mode de réalisation du film, l’agent hydrophobee)est choisi parmi le triéthyl citrate, le tributyl O-acétyl citrate, le tributyl citrate et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, l’agent hydrophobee) est un acide carboxylique en C3-C33, de préférence un acide gras en C4-C28, et, encore plus préférentiellement un acide gras insaturé en C6-C28.
Parmi les acides gras en C4-C28retenus dans le cadre de l’invention, on peut citer l’acide caprylique, l’acide caprique, l’acide laurique, l’acide myristique, l’acide palmitique, l’acide stéarique, et leurs mélanges.
Parmi les acides gras insaturés en C6-C28particulièrement intéressants, on peut citer l’acide palmitoléique, l’acide oléique, l’acide linoléique, et leurs mélanges.
Le film peut comprendre en outre entre 0,5 et 6% d’au moins un tensioactiff), de préférence choisi parmi les tensioactifs zwitterioniques dont la HLB est comprise entre 2 et 8
Avantageusement, le film comprend entre 0,1 et 5% d’au moins un tensioactiff), de préférence entre 1 et 4,5 %, et encore plus préférentiellement entre 1,5 et 3%.
Parmi les tensioactifs préférés, on peut citer la lécithine et/ou ses analogues tels que les phosphonates diacétyléniques, et les polysorbates. Les polysorbates sont esters d’acides gras et de polyoxyéthylène sorbitane. Parmi les polysorbates, on peut citer le polysorbate 20, le polysorbate 40, le polysorbate 60, et le polysorbate 80.
Selon un mode de réalisation du film, le ratio des quantités ded)surf)est supérieur ou égal à 1. Par exemple, ce ratio peut être compris entre 1,3 et 3 ; de préférence entre 1,5 est 2,5.
Le film peut également comprendre de la gélatineg).
La gélatine est une protéine qui a un taux élevé de glycine et de proline. Elle est obtenue par hydrolyse partielle du collagène, principalement à partir de collagène contenu dans les peaux et les os d’animaux. Elle peut être de type A (elle provient alors d’un traitement à l’acide du collagène) ou de type B (elle provient alors d’un traitement basique du collagène). Elle peut également être obtenue par traitement enzymatique du collagène. La gélatine utilisée n’a, de préférence, pas été modifiée chimiquement. Selon un mode de réalisation de l’invention, la gélatine utilisée est de la gélatine alimentaire disponible dans le commerce ou de type B, elle peut être sous forme de feuillets, poudre ou granules. Avantageusement, la gélatine utilisée est de type B.
Le ratio des quantitésa):g )peut être compris entre 99 :1 et 60 :40, de préférence entre 95 :25 et 70 :30.
’’Selon un mode de réalisation du film, ledit film comprend également un additifi)choisi parmi les colorants, les coagulants de protéines, les agents antiagglomérant, les agents de glissement et leurs mélanges. Parmi les coagulants, on peut citer l’acide citrique et l’acide acétique. Parmi les agents antiagglomérants, on peut citer la silice colloïdale. Parmi les agents de glissement, on peut citer les polyéthylènes glycols et les composés à chaines grasses, de préférence en C12-C28, ayant une terminaison amide. Le film peut comprendre entre 0,001% et 15% dei).
Selon un mode de réalisation, le film comprend un additif i) qui est un colorant.
Par colorant, on entend toute substance pouvant donner une couleur, comme par exemple les pigments. Le film selon l’invention peut donc contenir au moins un pigment, qui peut être choisi parmi le TiO2, le carbonate de calcium et leur mélange. Selon un mode de réalisation, le film comprend entre 0,001% et 15% d’au moins un pigmenti), de préférence entre 0,1 et 12%, et préférentiellement entre 1 et 10%, et plus préférentiellement entre 5 et 8%%.
Selon un mode de réalisation particulier, le film comprend :
  1. entre 25 et 80 % de caséine et/ou de caséinate, de préférence entre 30 et 70 %, préférentiellement entre 45 et 65% ;
  2. entre 1 et 20% de cellulose, de préférence entre 2 et 15 %;
  3. entre 3 et 17%d’eau, de préférence entre 5 et 15 % ;
  4. entre 10 et 30% d’au moins un plastifiant différent dec)choisi parmi le glycérol, le sorbitol, et leurs mélanges, de préférence entre 15 et 25% ;
  5. éventuellement, entre 0,1 et 8% d’un agent hydrophobe qui est un acide gras en C4-C28, de préférence entre 1 et 4%, et
  6. entre 0,5 et 6% d’au moins un tensioactif, de préférence de la lécithine.
Typiquement, le film a une épaisseur comprise entre 15 et 150 microns, de préférence entre 25 et 150 microns, préférentiellement entre 30 et 120 microns et plus préférentiellement entre 40 et 100 microns. Le film peut être imprimé directement avant le bobinage ou dans une seconde étape de débobinage, découpe et rembobinage par un procédé classique de l’impression en plasturgie telle que la flexographie.
Le film peut être thermorétractable. Le film peut être biosourcé, notamment à plus de 60%, 70%, 80% ou 90%.
L’invention a également pour objet un emballage comprenant au moins une couche de film tel que décrit ci-dessus. L’emballage peut être un emballage comprenant plusieurs couches, par exemple une couche de plastique et une couche du film. Ces emballages peuvent être fabriqués par des procédés de lamination, d’enduction, de contre-collage, de co-extrusion ou d’extrusion couchage bien connus par l’homme du métier.
L’invention a également pour objet l’utilisation d’un film ou d’un emballage, pour emballer des produits divers (pharmaceutiques, alimentaires, chimiques, cosmétiques,…) comme par exemple des produits hygroscopiques, et plus précisément encore des détergents. Le produit peut être sous forme solide ou liquide. Le produit emballé peut être un produit liquide.
L’invention concerne également un produit emballé par un film tel que décrit ci-dessus, ou par un emballage tel que décrit ci-dessus. Le produit peut être sous forme solide, liquide ou sous forme de gel. Le produit emballé peut être choisi parmi les produits pharmaceutiques, alimentaires, chimiques, et cosmétiques.
Selon un mode de réalisation, le produit emballé est un produit alimentaire, comme par exemple de la viande, du poisson, des légumes, des fruits, des pâtisseries, des viennoiseries, des additifs alimentaires, des ingrédients, des préparations sèches, des poudres alimentaires.
Selon un mode de réalisation, le produit emballé est un produit cosmétique.
Selon un mode de réalisation, le produit emballé est un produit liquide, comme par exemple du shampoing liquide ou du détergent liquide.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le produit emballé est un produit chimique, par exemple un détergent, sous forme liquide ou en poudre.
Selon un mode de réalisation, le produit emballé est un détergent, de préférence de la lessive liquide.
Les détergents peuvent se trouver sous forme de liquide ou de poudre, compacte ou non. Par exemple, il peut s’agir d’une tablette de détergent. Parmi les tablettes de détergent, on peut citer les tablettes de produit pour lave-vaisselle et les tablettes de lessive. Il peut également s’agir de détergent liquide, comme de la lessive liquide.
L’invention concerne également un détergent emballé par un film ou un emballage.
L’invention concerne également une étiquette hydrosoluble comprenant un film tel que décrit ci-dessus. L’étiquette comprend une couche de film hydrosoluble et une couche d’adhésif. Le film peut servir de support hydrosoluble et biodégradable à l’adhésif.
Matériau multicouche
La présente divulgation a pour objet un matériau multicouche comprenant :
i) Au moins une couche de supportA, et
ii) Au moins une couche de matériauBcomprenant un film tel que décrit ci-dessus.
La couche de supportApeut être en tout type de matériau, comme par exemple un matériau plastique ou un matériau cellulosique.
Par “matériau cellulosique” on entend, par exemple, un matériau qui peut être dérivé d’une pâte de cellulose. Cette pâte de cellulose peut être produite par un traitement chimique et/ou mécanique, qui est bien connu de l’homme du métier. Cette pâte de cellulose peut être dérivée de toute source appropriée telle que du bois, du bois recyclé, des plantes annuelles, des résidus agricoles (bagasse, pailles, …), des herbes (par exemple, la canne à sucre, le bambou) ou des cartons.
La présente divulgation a également pour objet un matériau multicouche obtenu :
- soit par enduction d’une couche de supportA, avec une solution comprenant les composants de la couche de matériauB,
- soit par assemblage d’une couche de supportAet d’une couche de matériauB comprenant un film tel que décrit ci-dessus, éventuellement au moyen d’un liant, l’assemblage étant de préférence effectué par complexage ou lamination
- soit par extrusion couchage d’une couche de matériauBsur un supportA.
Le supportAest de préférence un matériau cellulosique. Le matériau multicouche est de préférence recyclable et/ou biosourcé. Le matériau multicouche peut être recyclable selon la directive 2018/852/UE du 30 mai 2018. Selon un mode de réalisation, le matériau multicouche peut êtrecompostable, de préférence selon la norme NF T 51-800.
Le matériau multicouche peut avoir une épaisseur comprise entre 0,01 et 100 mm, de préférence entre 0,05 et 50 mm.
Lorsque le supportAest un matériau cellulosique, il est de préférence choisi parmi les papiers et les cartons. Selon un mode de réalisation, le matériau cellulosiqueAa un grammage compris entre 20 et 500 g/m2, de préférence compris entre 50 et 450 g/m2. Selon un mode de réalisation, le matériau cellulosiqueAest choisi parmi les papiers ayant un grammage compris entre 20 et 225 g/m2, et les cartons ayant un grammage compris entre 225 et 500 g/m2.
La couche de matériau cellulosiqueApeut avoir une épaisseur comprise entre 0,01 et 50 mm, de préférence entre 0,05 et 20 mm.
Le matériau cellulosiqueAcomprend de la cellulose, de préférence au moins 80% en poids, et préférentiellement au moins 90% en poids. Le matériau cellulosiqueApeut comprendre une couche minérale, par exemple de type kaolin.
Le supportApeut être coloré et comprendre une couche pigmentaire.
Par« liant », on entend, par exemple, un agent permettant de créer une couche de liaison entre la couche de supportAet la couche de matériauB .Le liant utilisé dans la présente invention peut être un liant classiquement utilisé dans la fabrication de matériaux multicouches et en particulier, de films multicouches. Parmi les liants on peut citer les dispersions aqueuses acryliques.
Le matériau multicouche peut être fabriqué par des procédés de lamination, d’enduction, de contre-collage, de co-extrusion ou d’extrusion couchage bien connus par l’homme du métier.
La présente divulgation a également pour objet un procédé de fabrication d’un matériau multicouche, caractérisé en ce qu’il est effectué
- soit par enduction d’une couche de supportAavec une solutionS
- soit par assemblage d’une couche de supportAet d’une couche de matériauB ,éventuellement au moyen d’un liant, l’assemblage étant de préférence effectué par complexage ou lamination
- soit par extrusion couchage d’une couche de matériauB sur une couche de supportA .
Selon un mode de réalisation, la fabrication du matériau multicouche est réalisée par enduction. Dans ce cas, la couche de supportAest revêtue avec une solutionS. Cela peut être fait en utilisant un matériel de couchage bien connu de l’homme du métier. Après enduction, le supportArevêtu peut être séché, par exemple dans une étuve, afin d’obtenir le matériau multicouche.
Selon un autre mode de réalisation, la fabrication du matériau multicouche est réalisée par assemblage d’une couche de supportAet d’une couche de matériauB. Dans ce cas, l’assemblage peut être effectué par complexage ou lamination.
La lamination peut être effectuée à froid ou à chaud. Dans le cas d’une lamination à froid, un liant peut être utilisé. Dans le cas d’une lamination à chaud, cette étape peut être effectuée sans liant.
La complexation peut être effectuée par une étape de contre-collage, de co-extrusion ou d’extrusion couchage, avec ou sans liant.
Lorsqu’un liant est utilisé, l’assemblage peut par exemple être effectué en enduisant une des faces d’un des matériauxAouBavec un liant, puis en mettant en contact les deux matériaux de façon que le liant se retrouve entre les deux matériaux. Cet assemblage peut être effectué au moyen d’une calandre.
Procédé de fabrication d’un film
Selon un autre de ses aspects, l’invention concerne un procédé de fabrication du film tel que décrit ci-dessus comprenant les étapes suivantes :
  1. mise en œuvre d’une extrudeuse de préférence une extrudeuse bi-vis ;
  2. introduction des composésa)àd ), dans l’extrudeuse ;
  3. récupération de granulés à la sortie de l’extrudeuse ;
  4. éventuellement séchage des granulés ;
  5. extrusion gonflage des granulés pour obtenir un film.
Avantageusement, l’étape 1) consiste à faire fonctionner l’extrudeuse avec les paramètres suivants : vitesse de rotation comprise entre 100 et 700 tr/min, et à une température comprise entre 40 et 150°C.
Dans l’étape 2), les composésa)àd )sont introduits simultanément ou successivement, de préférence successivement.
Dans un mode préféré de mise en œuvre, les composés se présentant sous forme solide, avantageusement sous forme de poudre, sont les composésa)&b) ; tandis que les composés se présentant sous forme liquide, sont les composesc), d).
Selon un autre de ses aspects, l’invention concerne un procédé de fabrication du film tel que décrit ci-dessus comprenant les étapes suivantes :
  1. Mélange des composésa)àd ) ,dans de l’eau ;
  2. Coulée du mélange obtenu à l’étape 1 sur une surface de coulée ; et
  3. Evaporation d’une partie de l’eau pour former un film.
La surface de coulée peut être n’importe quelle surface, il peut par exemple s’agir d’une plaque.
L’étape d’évaporation peut être effectuée à température ambiante ou par chauffage, par exemple à une température comprise entre 25°C et 100°C°C, et/ou sous flux d’air.
L’étape d’évaporation peut être suivie par une étape de revêtement du film.
Il est donc possible de fabriquer le film par extrusion ou par voie solvant.
Selon un autre de ses aspects, l’invention concerne un procédé de conditionnement d’un produit à l’aide du film tel que décrit ci-dessus ou d’un emballage tel que décrit ci-dessus. Le conditionnement peut être effectué par thermoformage et/ou scellage, qui sont des techniques bien connues de l’homme du métier.
Selon un mode de réalisation, le procédé de conditionnement comprend les étapes suivantes :
  1. Thermoformage d’un premier morceau de film ou d’emballage ;
  2. Enveloppement du produit dans le premier morceau de film ou d’emballage thermoformé ; et
  3. Scellage avec un deuxième morceau de film ou d’emballage, de préférence avec de l’eau ou une solution aqueuse.
Le film ou l’emballage peut être thermoformé par passage d’un flux d’air à une température comprise entre 70°C et 200°C, de préférence entre 80 et 170°C, et encore plus préférentiellement entre 90 et 150°C, pendant un temps compris entre 0,05 secondes et 60 secondes, de préférence entre 1 et 30 secondes, et plus préférentiellement entre 2 et 10 secondes.
Selon un mode de réalisation, lors de l’étape 3), le film ou l’emballage est humidifié avec de l’eau ou une solution aqueuse au moyen d’un brumisateur et/ou un humidificateur et/ou un vaporisateur pendant une durée pouvant aller de 0,01 secondes à 60 secondes, sur au moins l’une des deux faces et/ou pourtour de la tablette.
Le conditionnement peut également être effectué en plaçant le film ou l’emballage dans un four dont le taux d’humidité relative peut être contrôlé. Le taux d’humidité relative peut, par exemple, être compris entre 10 et 80%, entre 10 et 40%, ou entre 20 et 40%, ou être supérieur ou égal à 30%.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé de conditionnement comprend les étapes suivantes :
  1. Enveloppement du produit à conditionner dans un morceau de film ou d’emballage ;
  2. Thermoscellage du film ou de l’emballage ;
  3. Optionnellement, humidification du film ou de l’emballage ; et
  4. Thermorétractation du film ou de l’emballage, à une température comprise entre 80°C et 200°C.
Exemples
Exemple 1
Des granulés thermoplastiques ont été préparés par extrusion à partir de caséinate de sodium et de cellulose. La cellulose utilisée est une cellulose ulltrafine (ARBOCEL UFC M8/ARBOCEL UFC 100 de chez JRS Rettenmaier)
L’extrudeuse utilisée est une extrudeuse bi-vis corotative BC 21 de marque Clextral®. Cette extrudeuse comporte au moins 4 zones :
une première zone d’introduction,
une deuxième zone d’introduction,
une troisième zone de dégazage, et
une quatrième zone de filière.
La vitesse de rotation des bi-vis est comprise entre 175 et 400 tr/min et les températures des différentes zones sont comprises entre 30 et 120°C.
La première zone de l’extrudeuse est une zone d’introduction des poudres : caséinate, cellulose et lécithine. Les liquides (plastifiants) sont introduits dans la deuxième zone. L’extrudeuse comporte en outre une zone de dégazage à l’air libre et une dernière zone consistant en une filière jonc cylindrique de diamètre 4 mm.
A la sortie de l'extrudeuse, le jonc est refroidit et introduit dans un granulateur pour donner des granulés de 2 à 3 mm de diamètre.
Ces granulés sont ensuite transformés en film par extrusion-gonflage. L’extrudeuse utilisée est de marque Diani®, la vis a un diamètre de 30 mm et est équipée d’une filière annulaire de 30 mm de diamètre. Le film produit est d’environ 130 mm de large et son épaisseur peut varier entre 130 et 20 µm. Les températures sont comprises entre 90 et 130°C.
Le procédé est le suivant :
1. Passage d’une purge dans l’extrudeuse ;
2. Passage des granulés secs à base de caséinate et de cellulose dans l’extrudeuse ;
3. Formation de la bulle par injection d’air comprimé ;
4. Passage de la gaine entre plusieurs rouleaux
5. Découpage de la gaine en film ; et
6. Double enroulage du film sur mandrins pour former les bobines de film. Le film obtenu est enroulé sur 500 m de long pour procéder aux caractérisations.
La composition finale du film est la suivante :
60 % de caséinate de sodium,
5,9 % de cellulose,
20,5 % de glycérol,
10 % d’eau déminéralisée,
2,3 % de lécithine de soja, et
1,3 % d’acide oléique.
Exemple comparatif (NaCas)
Un film comparatif (sans cellulose) a été réalisé selon le mode opératoire décrit à l’exemple 1. La composition finale du film est la suivante :
63 % de caséinate de sodium,
23,5 % de glycérol,
10 % d’eau déminéralisée,
2,3 % de lécithine de soja, et
1,1 % d’acide oléique.
Propriétés mécaniques
La contrainte à la rupture, le module d’Young et l’allongement à la rupture des films ont été évaluées de la façon suivante. Les échantillons ont été sélectionnés en sens longitudinal pour mesurer les propriétés mécaniques, et conditionnés 24 heures dans une enceinte climatique où la température et l’humidité relative sont contrôlées, elles sont programmées à 23°C et 50% RH. Le matériel utilisé est un banc de traction de marque Shimadzu AGS-X, équipé d’une cellule de mesure de 50 N et relié à un ordinateur ayant un logiciel de traitement de données, TrapeziumX. Les essais ont été conduits sur le film, sur éprouvettes haltères en 5 répétitions valides, la vitesse de traction est fixée à 20 mm/min.
Les résultats sont présentés ci-dessous.
Exemple Exemple 1 Exemple comparatif
Module d’Young (Mpa) 457.6 ± 35.3 250 ± 20
Allongement (%) 13.8 ± 1.9 19 ± 2
Contrainte à la rupture (Mpa) 7.3 ± 0.9 5.4 ± 1
Contrainte max (Mpa) 9.3 ± 0.3 6.5 ± 1
Ces résultats montrent que les films selon l’invention ont de bonnes propriétés mécaniques. Le module d’Young et la contrainte à la rupture sont nettement améliorés pour les films selon l’invention par rapport à un film sans cellulose. Par ailleurs, l’allongement reste tout à fait acceptable.
Hydrosolubilité
Les tests de dissolution ont été conduits après un conditionnement des films (éprouvettes carrées) en enceinte climatique à 23°C et 50 % RH. Ils ont été évalués dans l’eau déminéralisée à 20°C.
Le temps de perçage des films selon l’invention est de 44s. Ce test montre que les films selon l’invention sont solubles dans l’eau.
Test de débobinage
Ce test est effectué sur une installation de débobinage comprenant un capteur de force. Ce capteur de force est utilisé pour mesurer la tension au niveau de l’enrouleur du film lors du débobinage, et donc le collant bobine. Les résultats sont présentés dans le tableau ci-dessous. La longueur de la bobine est de 200 mètres, 114mm de largeur
Exemple Exemple 1 Exemple comparatif
Début de bobine 0,063 N 0,8 N
Milieu de bobine 0,25 N 1,1 N
Fin de bobine 0,66 N Non mesurable / Déchirure du film
Ces résultats montrent que les films selon l’invention ont des forces de déroulage beaucoup plus faibles, et il n’est pas possible de dérouler entièrement la bobine de film de l’exemple comparatif.
La stabilité du film a également été évaluée. Des bobines de film selon l’invention et selon l’exemple comparatif ont été stockées à 40°C pendant 4 jours. Au bout de 4 jours, il est toujours possible de dérouler les bobines de film selon l’invention, alors qu’il est impossible de dérouler la bobine de film selon l’exemple comparatif.

Claims (13)

  1. Film caractérisé en ce qu’il comprend (en % en masse) :
    1. entre 25 et 80 % de caséine et/ou de caséinate, de préférence entre 30 et 70 %, préférentiellement entre 40 et 65% ;
    2. entre 1 et 20% de cellulose, de préférence entre 2 et 15%;
    3. entre 3 et 17% d’eau, de préférence entre 5 et 15 % ; et
    4. entre 10 et 30% d’au moins un plastifiant différent dec ), de préférence entre 15 et 25%.
  2. Film selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend en outre entre 0,1 et 6% d’au moins un tensioactiff), de préférence choisi parmi les tensioactifs zwitterioniques dont la HLB est comprise entre 2 et 8.
  3. Film selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un pigmenti)
  4. Matériau multicouche comprenant :
    i) Au moins une couche de supportA, de préférence un matériau cellulosiqueA, et
    ii) Au moins une couche de matériauBcomprenant un film selon l’une des revendication 1 à 3.
  5. Etiquette hydrosoluble comprenant un film selon l’une des revendications 1 à 3.
  6. Etiquette hydrosoluble selon la revendication 5, caractérisée en ce qu’elle comprend une couche d’adhésif.
  7. Utilisation d’un film selon l’une des revendications 1 à 3 pour produire une étiquette hydrosoluble, ou un matériau multicouche.
  8. Emballage comprenant au moins une couche de film selon l’une des revendications 1 à 3 ou au moins un matériau multicouche selon la revendication 4.
  9. Produit, caractérisé en ce qu’il est emballé par un film selon l’une des revendications 1 à 3, un matériau multicouche selon la revendication 4, ou par un emballage selon la revendication 8.
  10. Procédé de fabrication d’un film selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
    1. mise en œuvre d'une extrudeuse de préférence une extrudeuse bi-vis ;
    2. introduction des composésa)àd ), dans l'extrudeuse;
    3. récupération de granulés à la sortie de l’extrudeuse ;
    4. éventuellement, séchage des granulés ;
    5. extrusion gonflage des granulés pour obtenir un film.
  11. Procédé de fabrication d’un film selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
    1. Mélange des composésa)àd )dans de l’eau ;
    2. Coulée du mélange obtenu à l’étape 1 sur une surface de coulée ; et
    3. Evaporation d’une partie de l’eau pour former un film.
  12. Procédé de conditionnement d’un produit à l’aide d’un film selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, d’un matériau multicouche selon la revendication 4, ou d’un emballage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
    1. Thermoformage d’un premier morceau de film, de matériau multicouche ou d’emballage ;
    2. Enveloppement du produit dans le premier morceau de film de matériau multicouche ou d’emballage thermoformé ; et
    3. Scellage avec un deuxième morceau de film, de matériau multicouche ou d’emballage, de préférence avec de l’eau ou une solution aqueuse.
  13. Procédé de conditionnement d’un produit à l’aide d’un film selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, d’un matériau multicouche selon la revendication 4, ou d’un emballage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comprend étapes suivantes :
    1. Enveloppement du produit à conditionner dans un morceau de film de matériau multicouche ou d’emballage;
    2. Thermoscellage du film de matériau multicouche ou d’emballage;
    3. Optionnellement, humidification du film de matériau multicouche ou d’emballage; et
    4. Thermorétractation du film de matériau multicouche ou d’emballage, à une température comprise entre 80°C et 200°C.
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