WO1994029382A1 - Procede de fabrication d'un film biodegradable, hydrophobe et transparent, et film ainsi obtenu - Google Patents

Procede de fabrication d'un film biodegradable, hydrophobe et transparent, et film ainsi obtenu Download PDF

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    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]

Definitions

  • the present invention relates to a process for manufacturing a biodegradable, hydrophobic and transparent film.
  • hydrophobic means the ability of the film to be neither wet nor crossed by water.
  • An objective of the present invention is to provide a process for manufacturing a film which is biodegradable but also perfectly transparent and hydrophobic, that is to say insensitive to moisture liable to come into contact with it.
  • a film can be used as a packaging or sealing material while being inert, at least in the medium term, with regard to the products intended to come into contact with it, in particular when these are of the food type. .
  • Another objective is to propose a manufacturing process which is both simple and economical.
  • this process consists in implementing the following steps: a) producing a mixture consisting of a hydrocolloid, an aqueous solvent and a plasticizer miscible with the hydrocolloid and the solvent; b) forming a film from this mixture; c) drying the film thus obtained; d) treating at least one face of the dry film by means of a solution of tanning material and then by means of a solution of a compound capable of ensuring the gelling of hydrocolloid.
  • the hydrocooid is an alginate, hydrocolloid on which the research and tests of the applicant have more particularly focused.
  • the Applicant has found that by producing a film in accordance with this operating mode, it is not only biodegradable but also hydrophobic and perfectly transparent.
  • the action of the tanning material can be analyzed both as a tanning and an etching of the film, namely:
  • step d) the film is treated by immersion, coating or spraying;
  • the solvent consists of a mixture of water and a Ci to aliphatic monoalcohol;
  • the plasticizer is chosen from the group formed by polyols, such as glycerol, polyethylene glycol and sorbitol;
  • the tanning material consists of an alum, a tannin or a tanning solution of chromium
  • the alum is a potassium alum; the compound capable of ensuring the gelation of the alginate is chosen from the group formed by:
  • step a) comprises (% by weight):
  • step a the mixture is dehydrated and then rehydrated with an amount of solvent less than the starting amount; - Dehydration is carried out by lyophilization of the mixture;
  • the drying of the film is carried out by passing it over a series of rotary heating rollers then treatment in the microwave;
  • step a) the microwave treatment is carried out by passing the film under several advantageously adjustable power modules; -
  • the mixture of step a) further comprises additives such as antioxidants, anti-UV, preservatives and dyes.
  • the invention also relates to the film obtained by the implementation of this method.
  • FIG. 1 is a simplified perspective view of part of an installation for manufacturing a film according to the method according to the invention
  • FIG. 2 is a diagram showing the whole of this installation, seen from the side.
  • plasticizer will mean a material capable of reducing the macromolecular interactions of the alginate - or other hydrocolloid -, by being inserted between the chains thereof.
  • the purpose of this plasticizer is, when the film is produced, to make it more plastic and, consequently, more moldable and deformable.
  • hydrocolloids which can be used in the context of the invention are, inter alia, hydrocolloids, and in particular alginates, of algal origin.
  • the algae are chosen from the families consisting of chlorophyceae, rhodophyceae and pheophyceae. Both seaweed and freshwater algae can be used. Cultivated, drift or beaching algae are also suitable.
  • Other alginates can however be used in the context of the invention, for example synthetic alginates.
  • the alginate is in its sodium form or in a salt of another alkali or alkaline-earth metal.
  • the solvent is of course to allow the hydrocooid to be dissolved. It is an aqueous solvent.
  • this solvent consists of a mixture of water and an aliphatic monoalcohol, in particular ethanol.
  • the plasticizer miscible with the solvent and the alginate is preferably chosen from the group formed by polyols, such as glycerol, polyethylene glycol, sorbitol. Its role is to modulate the cohesion characteristics of the film by weakening the macromolecular interactions within the alginate, that is to say by inserting into the chains that constitute it.
  • the plasticizer must have good compatibility with the hydrocolloid / solvent couple in order to avoid phase separation during drying of the film. It is therefore advisable to use a hydrophilic plasticizer to plasticize this film based on a hydrophilic polymer.
  • Polyols and more particularly glycerol and sorbitol are particularly used in the formulation of films based on hydrocolloids because of their double compatibility with the aqueous solvents used and with the polysaccharides.
  • plasticizer therefore has the effect of reducing the cohesion and the strength of the network and therefore making the film more flexible, stretchable and less brittle.
  • plasticizer increases the permeability of the film to the transfer of water vapor and of gases in general because it confers greater mobility on the gas molecules in the film.
  • the compound capable of ensuring the gelation of the alginate makes it possible to generate within the alginate highly structured and crosslinked zones which also make the alginate insoluble in water.
  • this food product is packaged in a bag formed from a film according to the invention, hydrophobic side facing outwards, the microcrystals can be absorbed by the inside face not subjected to this treatment, so that I '"snoweffect" will be reduced or even eliminated.
  • Example 1 Preparation of alginate-based mixtures.
  • the following compounds are mixed with a rotary propeller stirrer, a mixer or a centrifuge of the known type: 810 ml of water, 150 ml of ethanol, 25 g of alginate (in sodium form) and 15 g of glycerol.
  • This mixture M i is put into the form of a film by rolling on a 30 cm-side glass plate.
  • - alum potassium alum solution (Al 2 (SO 4 ) 3 , K 2 SO 4 , 24H 2 O).
  • the treatments of the films with these two products were made by soaking in the corresponding solutions for a period of between 30 seconds and one minute (rapid crosslinking).
  • the duration of the film's contact with the CaCl 2 and alum solutions is not critical. It can vary from a few seconds to a few minutes.
  • CaCl 2 before drying means that the film Fi or F 2 has been treated before drying for 12 hours at 60 ° C., that is to say that a film has been treated still wet.
  • FIG. 1 and 2 attached schematically show a film manufacturing installation which includes both drying means and treatment means with the two aforementioned products.
  • the "drying station" part of this installation is visible in FIG. 1 and the upper part of FIG. 2, while the lower part of this second figure shows the treatment station with potassium alum and calcium chloride. .
  • the drying station Pi comprises a hopper 1 for storage and distribution of known type of the mixture intended to form the film. Its open lower end is located directly above a series of three rotary heating cylinders, 2a, 2b, 2c, the directions of rotation of which are opposite in pairs.
  • the bottom of the hopper has a mixture outlet slot, parallel to the generators of the cylinders and the width of which is preferably adjustable; the mixture flows in the form of a layer, by gravity, through this slot, on the upper cylinder 2a, the speed of which is chosen to match the flow speed. It is therefore a film of material which is formed on the cylinder 2a, to then be transferred to the following cylinders.
  • Brush scrapers 3 regulate the thickness and favor the transfer of the film to the next cylinder.
  • an endless belt conveyor 4 Near the lower cylinder 2c is arranged an endless belt conveyor 4 whose drive rollers are designated 40a and 40b. They transport the film leaving the cylinder 2c.
  • the conveyor belts 4 are advantageously made of P.T.F.E.
  • microwave generators 5a, 5b with radiating slots, directed towards these conveyors. Their function will be explained below.
  • the treatment station P 2 Downstream of the conveyors (lower part of FIG. 2) is provided the treatment station P 2 which comprises two tanks 7 and 8 respectively containing a solution 70 of potassium alum and a solution 80 of calcium chloride. These tanks are each provided with rotary return rollers 9.
  • the drive means of the rollers and cylinders of this installation preferably at variable speed, have not been shown so as not to unnecessarily burden the figures. These are for example electric motors of known type.
  • the direction of advancement of the film has been designated by the arrow g
  • the purpose of passing the film over the cylinders 2a, 2b, 2c is to partially rid the latter of the water it contains. This partial elimination of the water is essentially done at the surface, by successive contact of the two faces of the film on the cylinders 2a, 2b and 2c.
  • the temperature and the speed of rotation of these cylinders are chosen to allow about 60% of the water to evaporate without creating bubbles (micro-particles of water) harmful to the transparency and quality of appearance, and which would appear in the event of too sudden elimination of this water.
  • the passage under the two successive microwave generators 5a, 5b makes it possible to eliminate the water located deep in the film. Again, the power of these generators should be determined so as to cause a gentle elimination of this water, without creating bubbling inside the film. If necessary, it is entirely possible to pass the film under a larger number of generators, each being of low power, and decreasing from upstream to downstream if it is desired to obtain a flexible film by limiting the sublimation of the water trapped within the film.
  • the film F is moved by means of the rollers 9 in the tanks 7 and 8.
  • these tanks could be replaced by means of spraying or coating one or more on both sides of the film by the corresponding solutions.
  • a mass of 80 kg of alginic gum is thus obtained, which is introduced into the hopper 1.
  • the outlet nozzle (or slit) thereof has a length of 300 mm - corresponding to the width of the width to be produced.
  • -, and its width - correspon ⁇ dant the thickness of the width - is set to 2.5 mm. Adjustments are made to the running speeds and to the "crystallization" temperatures as a function of the specific properties sought.
  • the film-forming mixture deposited on the upper cylinder 2a therefore has a thickness of 2.5 mm.
  • This cylinder is for example at a temperature of 40 ° C.
  • a diffusion of hot pulsed air, at 30 ° C., is provided on this cylinder 2a, which achieves surface crusting.
  • the cylinders 2b and 2c are respectively at the temperature of 45 ° C and 30 ° C.
  • the running time of the film between the cylinders 2a and 2c is 1 minute.
  • brush scrapers regulate the uniformity of film thickness.
  • Each generator 5a, 5b has a power of 2 x 400 watts. More than two successive generators could also be used.
  • the total running time of the film under the generators 5a, 5b is of the order of 4 minutes.
  • the film-forming strip is then treated at station P 2 where, by soaking in successive tanks 7, 8, the treatments are carried out with liquid solutions of potassium alum and calcium chloride, which tans and gels the film. .
  • a final drying station for the treated film can be provided.
  • the film obtained is, for example, in the form of a reel or used to make a multilayer film by hot bonding, according to techniques known to those skilled in the art.
  • the advantage of such a process is to shorten the final drying time of the film.
  • Dehydration will rid the mixture of its "free" solvent, that is to say that which is not associated with the molecules of hydrocolloids. It then suffices to rehydrate the mixture with solvent, in a proportion of 20 to 30% by weight of the mixture, to be able to produce a film.
  • the film is then made as above then dried and treated for example as mentioned with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the dehydration of the mixture can be carried out by any technique known to those skilled in the art. An interesting solution is dehydration by lyophilization.
  • the films used were treated with a 10% by weight potassium alum solution and a 10% by weight CaCl solution.
  • Example 3 Measurement of permeability to water vapor and to oxygen.
  • Example 4 Behavior of the film in contact with different chemical agents.
  • the film of the invention in contact with these products, retains its cohesion, that is to say that it does not degrade , unlike films made with other natural polymers.
  • a biodegradability test is carried out on a film sheet F ′ i obtained by thermoforming, 400 micrometers thick and with an area of 40 cm 2.
  • the operating conditions are as follows:
  • topsoil 30 mm.
  • the film is dispersed within the household waste comminuted in the form of 40 fragments of 1 cm 2. After 6 months of burial, only 17 fragments were recovered, the area of which is between 0.8 cm and 0.07 cm 2 *
  • This test shows the highly biodegradable nature of the film obtained in accordance with the process of the invention.
  • the residual weight of ash is then 0.6 g, these showing no trace of polluting waste.
  • additives such as anti-oxidants, anti-UV, preservatives and dyes.
  • these can be used in particular as a sealing material (thin film) or packaging material (thick film).

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un film biodégradable, imperméable et transparent. Ce procédé consiste à mettre en ÷uvre les étapes suivantes: (a) réaliser un mélange constitué d'un hydrocolloïde, et de préférence d'un aginate, d'un solvant aqueux et d'un plastifiant miscible avec l'hydrocolloïde et le solvant; (b) former un film à partir de ce mélange; (c) sécher le film ainsi obtenu; (d) traiter au moins une face du film sec au moyen d'une solution de matière tannante puis au moyen d'une solution d'un composé apte à assurer la gélification de l'hydrocolloïde. L'invention concerne également le film obtenu par la mise en ÷uvre de ce procédé.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN FILM BIODEGRADABLE. HYDROPHOBE ET TRANSPARENT, ET FILM AINSI OBTENU
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un film biodégradable, hydrophobe et transparent.
Elle se rapporte également au film obtenu par un tel procédé.
Dans l'ensemble de la présente demande, on entendra par "hydrophobe", la capacité du film à n'être ni mouillé, ni traversé par l 'eau.
Une très grande partie des films utilisés à l'heure actuelle, constituant notamment des emballages, sont formés de matières plastiques synthétiques. Cette tendance découle du faible coût et de la grande malléabilité industrielle de ces matières, ainsi que du nombre varié de formes sous lesquelles elles peuvent être employées. Parmi celles-ci, le polyéthylène, le polyester et le chlorure de polyvinyle sont les plus fréquemment utilisés.
Les pays industrialisés, en particulier pour des raisons d'ordre écologique, tendent à réduire l'emploi de ces matières plastiques, notamment pour l'emballage. Il est en effet bien connu que ces matériaux présentent une aptitude à se dégrader très faible ou nulle. Ils constituent de ce fait une source de pollution importante.
On a bien entendu proposé de modifier les polymères synthétiques utilisés en tant qu'emballages, par exemple en modifiant leur structure ou en les couplant avec d'autres molécules, pour les rendre sensibles au processus de dégradation naturelle.
Toutefois, les matériaux obtenus ne se dégradent que très partiellement, ce qui apparaît insuffisant compte-tenu des énormes quantités d'emballages employés.
La prise de conscience des consommateurs vis-à-vis des problèmes écologiques à provoqué une désaffection de ceux-ci pour les emballages et films en matière plastique au profit de ceux constitués par des produits d'origine naturelle et/ou se dégradant facilement Malheureusement, ces produits n'offrent pas les mêmes caractéristi- ques mécaniques et physiques que les matières plastiques. C'est notamment le cas du papier et du carton.
Un objectif de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un film qui soit biodégradable mais également parfaitement transparent et hydrophobe, c'est-à-dire insensible à l'humidité susceptible de venir à son contact. Un tel film peut être utilisé comme matériau d'emballage ou d'operculage tout en étant inerte, au moins à moyen terme, vis-à-vis des produits destinés à venir en contact avec lui, notamment lorsque ceux-ci sont de type alimentaire.
Un autre objectif est de proposer un procédé de fabrication à la fois simple et économique. Ces objectifs sont atteints, conformément à l'invention, par le fait que ce procédé consiste à mettre en oeuvre les étapes suivantes : a) réaliser un mélange constitué d'un hydrocolloïde, d'un solvant aqueux et d'un plastifiant miscible avec rhydrocolloïde et le solvant ; b) former un film à partir de ce mélange ; c) sécher le film ainsi obtenu ; d) traiter au moins une face du film sec au moyen d'une solution de matière tannante puis au moyen d'une solution d'un composé apte à assurer la gélification de hydrocolloïde. Préférentiellement, l'hydrocoUoïde est un alginate, hydrocolloïde sur lequel ont plus particulièrement porté les recherches et les essais de la demanderesse.
La demanderesse a constaté qu'en réalisant un film conformément à ce mode opératoire, celui-ci est non seulement biodégradable mais également hydrophobe et parfaitement transparent. L'action de la matière tannante peut s'analyser à la fois comme un tannage et un mordançage du film, à savoir :
- un tannage qui permet de coaguler la surface du film d'alginate ;
- un mordançage en attaquant la surface du film pour préparer l'action du composé apte à assurer la gélification de l 'alginate. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de ce procédé :
- à l'étape d), on procède au traitement du film par immersion, enduction ou pulvérisation ;
- le solvant consiste en un mélange d'eau et d'un monoalcool aliphatique en Ci à ; - le plastifiant est choisi dans le groupe formé par les polyols, tels que le glycérol, le polyéthylène-glycol et le sorbitol ;
- la matière tannante consiste en un alun, un tanin ou une solution tannante au chrome ;
- l'alun est un alun de potassium ; - le composé apte à assurer la gélification de l 'alginate est choisi dans le groupe formé par :
. les nitrates de potassium ou de sodium,
. le carbonate de calcium,
. les chlorures de calcium, potassium, magnésium ou de zinc, . les sulfates de calcium, potassium, magnésium ou de zinc ;
- le mélange de l 'étape a) comprend (% en poids) :
. 2 à 6 % d'alginate ; . 10 à 50 % de plastifiant, exprimé par rapport à la quantité d'alginate ;
- à l'issue de l'étape a), on procède à la déshydratation du mélange puis à sa réhydratation avec une quantité de solvant inférieure à la quantité de départ ; - la déshydratation est mise en oeuvre par lyophilisation du mélange ;
- le séchage du film est mis en oeuvre par passage de celui-ci sur une série de rouleaux chauffants rotatifs puis traitement aux micro-ondes ;
- le traitement aux micro-ondes est opéré par passage du film sous plusieurs modules de puissance avantageusement réglable ; - le mélange de l'étape a) comprend en outre des additifs tels que des anti¬ oxydants, anti-UV, conservateurs et colorants.
L'invention concerne également le film obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue simplifiée en perspective d'une partie d'une installation de fabrication d'un film selon le procédé conforme à l'invention ;
- la figure 2 est un schéma montrant la totalité de cette installation, vue de côté.
Dans l'ensemble de la présente demande, on entendra par "plastifiant", un matériau propre à diminuer les interactions macromoléculaires de l'alginate - ou autre hydrocolloïde - , en s'insérant entre les chaînes de celui-ci. Ce plastifiant a pour but, lorsque le film est réalisé, de le rendre plus plastique et, par suite, plus moulable et déformable.
Par ailleurs, on entendra par l'expression "composé apte à assurer la gélification de l'hydrocoUoïde", un composé qui permet de générer au sein de l'hydro¬ coUoïde des zones fortement structurées et réticulées, du type boîte à oeufs ("egg box model"). Des hydrocolloïdes utilisables dans le cadre de l'invention sont, entre autres, des hydrocolloïdes, et en particulier des alginates, d'origine algale. De préférence, les algues sont choisies parmi les familles constituées par le chlorophycées, les rhodophy- cées et les phéophycées. On peut utiliser aussi bien des algues marines que des algues d'eau douce. Les algues de culture, de dérive ou d'échouage conviennent également. D'autres alginates peuvent cependant être utilisés dans le cadre de l'invention, par exemple des alginates de synthèse. De préférence, l'alginate se présente sous sa forme sodique ou d'un sel d'un autre métal alcalin ou alcalino-terreux.
Le solvant a bien entendu pour but de permettre la mise en solution de l'hydrocoUoïde. Il s'agit d'un solvant aqueux. De préférence, ce solvant est constitué par un mélange d'eau et d'un monoalcool aliphatique, notamment l'éthanol.
Le plastifiant miscible avec le solvant et l'alginate est choisi de préférence dans le groupe formé par les polyols, tels que le glycérol, le polyéthylène-glycol, le sorbitol. Son rôle est de moduler les caractéristiques de cohésion du film en affaiblissant les interactions macromoléculaires au sein de l'alginate, c'est-à-dire en s'insérant dans les chaînes qui le constituent.
Le plastifiant doit posséder une bonne compatibilité avec le couple hydrocolloïde/solvant afin d'éviter une séparation de phase lors du séchage du film. Il convient donc d'utiliser un plastifiant hydrophile pour plastifier ce film à base d'un polymère hydrophile. Les polyols et plus particulièrement le glycérol et le sorbitol sont particulièrement utilisés dans la formulation de films à base d'hydrocolloïdes en raison de leur double compatibilité aux solvants aqueux utilisés et aux polysaccharides.
L'ajout de plastifiant a donc pour effet de diminuer la cohésion et la force du réseau et donc de rendre le film plus flexible, étirable et moins cassant.
La présence de plastifiant augmente par contre la perméabilité du film au transfert de vapeur d'eau et des gaz en général car il confère une plus grande mobilité aux molécules de gaz dans le film.
Le traitement d'un film d'alginate avec une matière tannante est déjà connu en soi pour rendre le film insoluble dans l 'eau.
Par ailleurs, comme déjà dit plus haut, le composé apte à assurer la gélification de l'alginate permet de générer au sein de l'alginate des zones fortement structurées et réticulées qui rendent également l'alginate insoluble dans l'eau.
Or, en soumettant, conformément à l'invention, un film sec à base d'alginate, à une solution de manière tannante puis à une solution d'un composé assurant la gélification de l'alginate, il s'opère une synergie entre ces deux traitements qui se traduit non seulement par le fait que le film est insoluble dans l'eau mais aussi par le fait qu'il devient hydrophobe. En d'autres termes, au contact de l'eau, son aspect et son poids demeurent inchangés. Le traitement d'une seule des deux faces films au moyen des composés ci- dessus peut avoir de l'intérêt, en particulier dans la situation suivante. Il est bien connu que les produits alimentaires surgelés sont parfois soumis à certaines variations de température qui se traduisent par l'apparition de micro-cristaux de glace sur la surface du produit. Ce phénomène, appelé "effet de neige" est désavanta¬ geux, en particulier, sur les plans visuel et gustatif. Si ce produit alimentaire est emballé dans un sac formé d'un film conforme à l'invention, face hydrophobe tournée vers l'extérieur, les micro-cristaux pourront être absorbés par la face intérieure non soumise à ce traitement, de sorte que I' "effet de neige" sera atténué, voire supprimé.
Ces caractéristiques seront mises en évidence dans la suite de la descrip- tion.
Exemple 1 : Elaboration de mélanges à base d'alginate.
On procède au mélange, avec un agitateur rotatif à hélices, un mélangeur ou un centrifugeur de type connu les composés suivants : 810 ml d'eau, 150 ml d'éthanol, 25 g d'alginate (sous forme sodique) et 15 g de glycérol.
Ce mélange M i est mis sous forme de film par laminage sur une plaque de verre de 30 cm de côté.
On laisse sécher 12 heures à 60°C et l'on obtient un film Fi .
De la même manière que précédemment, on mélange 940 ml d'eau, 40 g d'alginate (sous forme calcique) et 20 g de glycérol.
Après mise sous forme de film de ce mélange M2, on laisse sécher 12 heures à 60°C et on obtient un film F2.
Exemple 2 : Comportement des films dans l'eau
Des échantillons de 1,5 g sont prélevés sur chacun des films Fi et F2. On donne dans le tableau ci-dessous la nature des traitements que ces films Fi et F2 ont subi ainsi que leurs caractéristiques et comportement après un séjour de 2 heures dans de l'eau distillée.
Les termes utilisés dans ce tableau ont la signification suivante :
- CaCl = solution de chlorure de calcium.
- alun = solution d'alun de potassium (Al2 (SO4)3, K2SO4, 24H2O). Les traitements des films avec ces deux produits ont été faits par trempage dans les solutions correspondantes pendant une durée comprise entre 30 secondes et une minute (réticulation rapide). La durée du contact du film avec les solutions de CaCl2 et d'alun n'est pas critique. Elle peut varier de quelques secondes à quelques minutes.
L'expression "CaCl2 avant séchage" signifie que l'on a traité le film Fi ou F2 avant de procéder à son séchage de 12 heures à 60°C, c'est-à-dire qu'on a traité un film encore humide.
Les données figurant dans le tableau suivant traduisent les résultats obtenus sur une série d'essais menés avec des concentrations en CaCl2 et en alun de 5, 10, 15 et 20 % en poids.
Figure imgf000008_0001
FILM NATURE DU VARIATION DE POIDS ASPECT HNAL DU TRAITEMENT FILM
Fi aucun dilution dans l'eau en 30 s.
F2 aucun dilution dans l'eau en 30 s.
Fi CaCl2 avant séchage + 11,5 g gonfle transparent
F2 CaCl avant séchage + 50,5 g gonfle transparent
F! CaCl2 avant séchage 0 translucide alun en trempage
F2 CaCl2 avant séchage 0 translucide alun en trempage
Fi alun en trempage 0 translucide casse très facilement
F2 alun en trempage 0 translucide casse très facilement
Fi CaCl2 en trempage 0 translucide casse très facilement
F2 CaCl2 en trempage 0 translucide casse très facilement
Fi CaCl2 en trempage puis 0 opaque alun en trempage
F2 CaCl2 en trempage puis 0 translucide alun en trempage
Fi alun en trempage puis 0 transparent
CaCl2 en trempage hydrophobe
F2 alun en trempage puis 0 transparent
CaCl2 en trempage hydrophobe
Fi alun avant séchage + 13,5 g gonfle opaque
F2 alun avant séchage + 26,5 g gonfle opaque
Fi alun avant séchage 0 formation de bulles CaCl2 en trempage
F2 alun avant séchage 0 formation de bulles CaCl en trempage
F2 mélange alun + CaCl2 0 formation de bulles en trempage Ces résultats montrent que seul un traitement sur film sec au moyen d'alun puis de chlorure de calcium permet d'obtenir un film transparent et hydrophobe.
On notera que dans les exemples précédents, on a laissé sécher les films 12 heures à 60°C avant de les traiter à l'alun de potassium et au chlorure de calcium. II est bien entendu possible d'avoir recours à d'autres méthodes et techniques de séchage, notamment dans l'optique d'une production industrielle du film. Les figures 1 et 2 annexées représentent schématiquement une installation de fabrication de film qui inclut à la fois des moyens de séchage et des moyens de traitement avec les deux produits précités. La partie "poste de séchage" de cette installation est visible sur la figure 1 et la partie supérieure de la figure 2, tandis que la partie inférieure de cette seconde figure montre le poste de traitement à l'alun de potassium et au chlorure de calcium.
Le poste de séchage Pi comporte une trémie 1 de stockage et de distribution de type connu du mélange destiné à former le film. Son extrémité inférieure ouverte se situe à l'aplomb d'une série de trois cylindres rotatifs chauffants, 2a, 2b, 2c, dont les sens de rotation sont opposés deux à deux.
Le fond de la trémie présente une fente de sortie du mélange, parallèle aux génératrices des cylindres et dont la largeur, de préférence, est réglable ; le mélange s'écoule sous forme de couche, par gravité, à travers cette fente, sur le cylindre supérieur 2a dont la vitesse est choisie pour s'accorder à la vitesse d'écoulement. C'est donc un film de matière qui vient se former sur le cylindre 2a, pour être transféré ensuite aux cylindres suivants.
Des racleurs à brosses 3 régulent l'épaisseur et favorisent le transfert du film au cylindre suivant. A proximité du cylindre inférieur 2c est disposé un convoyeur à bande sans fin 4 dont les rouleaux d'entraînement sont désignés 40a et 40b. Ils transportent le film quittant le cylindre 2c.
Entre ce convoyeur et un second du même type, également référencé 4, sont prévus des cylindres de transfert rotatifs 6a, 6b. Les bandes des convoyeurs 4 sont avantageusement en P.T.F.E.
(polytétrafluoréthylène) carboné.
Au-dessus du brin supérieur des deux convoyeurs 4 sont prévus des générateurs de micro-ondes 5a, 5b à fentes rayonnantes, dirigées vers ces convoyeurs. On expliquera ci-après leur fonction. En aval des convoyeurs (partie inférieure de la figure 2) est prévu le poste de traitement P2 qui comporte deux bacs 7 et 8 contenant respectivement une solution 70 d'alun de potassium et une solution 80 de chlorure de calcium. Ces bacs sont chacun pourvus de rouleaux de renvoi rotatifs 9. On notera que les moyens d'entraînement des rouleaux et cylindres de cette installation, de préférence à vitesse variable, n'ont pas été représentés afin de ne pas alourdir inutilement les figures. Il s'agit par exemple de moteurs électriques de type connu. A la figure 2, on a désigné par la flèche g le sens d'avancement du film
F.
Le passage du film sur les cylindres 2a, 2b, 2c a pour but de débarrasser en partie ce dernier de l 'eau qu'il contient. Cette élimination partielle de l'eau se fait essentiellement en surface, par contact successifs des deux faces du film sur les cylindres 2a, 2b et 2c. La température et la vitesse de rotation de ces cylindres sont choisis pour permettre d'évaporer environ 60 % de l'eau sans créer dans le film des bulles (micro-particules d'eau) néfastes à la transparence et qualité d'aspect, et qui apparaîtraient en cas d'élimination trop brutale de cette eau.
Le passage sous les deux générateurs successifs de micro-ondes 5a, 5b permet d'éliminer l'eau située en profondeur dans le film. Là encore, la puissance de ces générateurs devra être déterminée de manière à provoquer une élimination en douceur de cette eau, sans créer de bullage à l'intérieur du film. Si nécessaire, il tout à fait possible de faire passer le film sous un nombre plus important de générateurs, chacun étant d'une puissance faible, et décroissante d'amont en aval si on souhaite obtenir un film souple en limitant la sublimation de l 'eau emprisonnée au sein du film.
A la sortie des générateurs, le film F est déplacé par l'intermédiaire des rouleaux 9 dans les bacs 7 et 8. Dans une variante de réalisation, ces bacs pourraient être remplacés par des moyens d'aspersion ou d'enduction d'une ou des deux faces du film par les solutions correspondantes. On trouvera ci-après les conditions opératoires qui permettent d'obtenir un film parfaitement transparent et exempt de bulles.
Dans une cuve de 100 litres, on prépare 80 kilogrammes de solution filmogène, à partir des composants suivants :
- eau + éthanol = 76,81 - alginate = 2 kg
- glycérol = 1,2 kg
Pour obtenir le mélange, on verse dans un volume de 64,8 litres d'eau déminéralisée 12 litres d'éthanol ayant une concentration de 99 %c. On chauffe à 40°C et on y incorpore 2 kilogrammes d'alginate de sodium et 1,2 kilogramme de glycérol, en malaxant l 'ensemble.
On obtient ainsi une masse de 80 kilogrammes de gomme alginique, que l'on introduit dans la trémie 1. La buse (ou fente) de sortie de celle-ci a une longueur de 300 mm - correspondant à la largeur de la laize à produire -, et sa largeur - correspon¬ dant à l'épaisseur de la laize - est réglée à 2,5 mm. On procède aux réglages des vitesses de défilement et des températures de "cristallisation" en fonction des propriétés spécifiques recherchées.
Le mélange filmogène déposé sur le cylindre supérieur 2a a donc une épaisseur de 2,5 mm. Ce cylindre se trouve par exemple à une température de 40°C. Avantageu¬ sement, est prévue une diffusion d'air puisé chaud, à 30°C, sur ce cylindre 2a, ce qui réalise un croûtage superficiel.
Les cylindres 2b et 2c sont respectivement à la température de 45°C et de 30°C. Le temps de défilement du film entre les cylindres 2a et 2c est de 1 minute.
Avantageusement, des racloirs à brosses régulent l'uniformité d'épaisseur du film.
C'est un film "cristallisé", c'est-à-dire solidifié sur les deux faces (interne et externe) qui est repris par le convoyeur 4.
Lors du passage du film sous les générateurs de micro-ondes 5a, 5b à fenêtres rayonnantes, il se produit une evaporation de l'eau libre emprisonnée dans le film, et un séchage à coeur sans evaporation excessive. Chaque générateur 5a, 5b possède une puissance de 2 x 400 watts. Plus de deux générateurs successifs pourraient du reste être mis en oeuvre.
Le temps total de défilement du film sous les générateurs 5a, 5b est de l'ordre de 4 minutes.
La bande filmogène est ensuite traitée au poste P2 où s'opèrent, par trempage dans les bacs successifs 7, 8 les traitements aux solutions liquides d'alun de potassium et de chlorure de calcium, ce qui réalise le tannage et la gélification du film.
A la sortie du bac 8, on peut prévoir un poste de séchage final du film traité.
Le film obtenu est par exemple mis sous forme de bobine ou utilisé pour confectionner un film multicouches par collage à chaud, selon des techniques connues de l'homme du métier.
Afin de réduire la durée de séchage du film, il est possible de procéder à la déshydratation du mélange de départ, puis de le réhydrater avec une teneur moins élevée d'eau.
L'intérêt d'un tel processus est de raccourcir la durée de séchage final du film. La déshydratation va débarrasser le mélange de son solvant "libre", c'est-à-dire celui qui n'est pas associé aux molécules d' hydrocolloïdes. Il suffit alors de réhydrater le mélange avec du solvant, dans une proportion de 20 à 30 % en poids du mélange, pour pouvoir réaliser un film.Le film est alors confectionné comme précédemment puis séché et traité par exemple comme mentionné en référence aux figures 1 et 2. La déshydratation du mélange peut être opérée par toute technique connue de l'homme du métier. Une solution intéressante est la déshydratation par lyophilisation.
Pour l'ensemble des exemples ci-après, les films utilisés ont été traités avec une solution d'alun de potassium à 10 % en poids et une solution de CaCl à 10 % en poids.
Exemple 3 : Mesure de perméabilité à la vapeur d'eau et à l'oxygène.
Des mesures de perméabilité d'un film F' ι de 100 μm d'épaisseur ont été effectuées. Elles ont donné les résultats suivants :
- perméabilité à la vapeur d'eau à 24°C
(sous 760 mm Hg) = 1,44 g / m2 / mm d'épaisseur / heure ;
- perméabilité à la vapeur d'eau à 38,5°C (sous 760 mm Hg) = 1, 18 g / m2 / mm d'épaisseur / heure ;
- perméabilité à l'oxygène = 45 cm3 / m2 / mm d'épaisseur / heure.
Ces mesures ont été faites par des méthodes usuelles : gravimétrie pour la vapeur d'eau et chromatographie en phase gazeuse pour l'oxygène.
Exemple 4 : Comportement du film en contact avec différents agents chimiques.
L'étude du comportement d'un film F'i, d'épaisseur 100 μm, traité à l'alun et au chlorure de calcium, obtenu à partir du mélange Ml, en contact avec différents agents chimiques a été faite.
Les résultats apparaissent dans les tableaux suivants.
Comportement aux acides (% de perte de poids)
Nature / Acide Acide Acide Acide Concentration Chlorhydrique Sulfurique Nitrique Acétique
Durée d'Exposition 0,1 N 1 N 0,1 N 1 N 0,1 N 1 N 0,1 N I N
1 heure 30 3 1 40 23 29 27 27 22
2 heures 39 28 35 15 36 24 10 3 1
4 heures 36 38 43 26 47 40 24 35 Comportement aux bases et huiles (% de perte de poids)
Nature / Soude Ammoniaque Huile Paraffine Huile
Concentration Minérale liquide végétale
Durée d'Exposition 0,1 N 1 N 0,1 N 1 N
1 heure 30 8 21 3,3* 4,7 7,1 8.2
2 heures 8,7* 17,8* 17 37 1 ,9* 0,60* 17*
4 heures 38 7 17 30 15 13 * 1.5*
(*) : les valeurs indexées d'un astérisque correspondent à un gain (et non une perte) de poids.
Bien que ces résultats soient sans commune mesure avec ceux obtenus avec des films formés de polymères synthétiques, le film de l'invention, en contact avec ces produits, garde sa cohésion, c'est-à-dire qu'il ne se dégrade pas, contrairement à des films réalisés avec d'autres polymères naturels.
Exemple 5 : Test de biodégradabilité
On procède à un essai de biodégradabilité sur une feuille de film F' i obtenue par thermoformage, de 400 micromètres d'épaisseur et d'une surface de 40 cm2.
Pour ce faire, on dépose dans un tube plastique microperforé divers matériaux correspondants aux différentes couches de terrain abritant une décharge d'enfouissement d'ordures ménagères.
Les conditions opératoires sont les suivantes :
- diamètre du tube = 100 mm,
- hauteur du tube = 300 mm, - nature des matériaux et épaisseur, en commençant par le fond de tube :
. gravillons = 30 mm,
. sable de mines = 37,5 mm,
. glaise = 22,5 mm,
. terre de fond = 67,5 mm, * broyât d'ordures ménagères = 67,5 mm, . couverture de remblai = 45 mm,
. terre arable = 30 mm.
Le film est dispersé au sein du broyât d'ordures ménagères sous la forme de 40 fragments de 1 cm2. Après 6 mois d'enfouissement, il a été récupéré seulement 17 fragments dont l'aire est comprise entre 0,8 cm et 0,07 cm2 *
Ce test montre le caractère hautement biodégradable du film obtenu conformément au procédé de l'invention.
Exemple 6 : Test d'incinération
On réalise la combustion de 100 g d'un film F' i jusqu'à l'obtention d'un poids constant de cendres.
Le poids résiduel de cendre est alors de 0,6 g, celles-ci ne présentant aucune trace de déchets polluants.
Il est bien entendu possible d'incorporer dans le film obtenu conformément à l'invention, des additifs tels que des anti-oxydants, des anti-UV, des conservateurs et des colorants. En fonction de l'épaisseur des films réalisés, ceux-ci pourront être utilisé notamment comme matériau d'operculage (film de faible épaisseur) ou d'emballage (film de plus grande épaisseur).

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d'un film biodégradable, hydrophobe et transparent, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en oeuvre les étapes suivantes : a) réaliser un mélange constitué d'un hydrocolloïde, d'un solvant aqueux et d'un plastifiant miscible avec l 'hydrocolloïde et le solvant ; b) former un film à partir de ce mélange ; c) sécher le film ainsi obtenu ; d) traiter au moins une face du film sec au moyen d'une solution de matière tannante puis au moyen d'une solution d'un composé apte à assurer la gélification de hydrocolloïde.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'hydro¬ coUoïde est un alginate.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, à l'étape d), on procède au traitement du film par immersion, enduction ou pulvérisation.
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit solvant consiste en un mélange d'eau et d'un monoalcool aliphatique en Ci à Ce*
5 . Procédé selon la revendication 2 à 4, caractérisé en ce que le plastifiant est choisi dans le groupe formé par les polyols, tels que le glycérol, le polyéthylène-glycol et le sorbitol.
6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la matière tannante consiste en un alun, un tanin ou une solution tannante au chrome.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'alun est un alun de Potassium.
8 . Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que ledit composé apte à assurer la gélification de l 'alginate est choisi dans le groupe formé par :
. les nitrates de potassium ou de sodium, . le carbonate de calcium,
. les chlorures de calcium, potassium, magnésium ou de zinc, . les sulfates de calcium, potassium, magnésium ou de zinc ;
9 . Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le mélange de l'étape a) comprend (% en poids) :
* 2 à 6 % d'alginate ;
. 10 à 50 % de plastifiant, exprimé par rapport à la quantité d'alginate ; * le reste étant formé par le solvant.
10. Procédé selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que, à l'issue de l'étape a), on procède à la déshydratation du mélange puis à sa réhydratation avec une quantité de solvant inférieure à la quantité de départ.
1 1. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la déshydrata¬ tion est mise en oeuvre par lyophilisation du mélange.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le séchage du film est mis en oeuvre par passage de celui-ci sur une série de rouleaux chauffants rotatifs puis traitement aux micro-ondes.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le traitement aux micro-ondes est opéré par passage du film sous plusieurs modules.
1 . Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le mélange de l'étape a) comprend en outre des additifs tels que des anti-oxydants, anti-UV, conservateurs et colorants.
15. Film obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 14.
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