Brevet FR2852599A1 — publié le 20040924

MATERIAU A BIObEGRAbABILITE AJUSTABLE NOTAMMENT POUR CONTENANT D'HORTICULTURE ET SUREMBALLAGE DE CONTENANTS La présente invention concerne un matériau à biodégradabilité ajustable pour la réalisation de contenants horticoles ou pour de suremballages de contenants. On connaît des contenants horticoles parfaitement adaptés dans leur forme permettant la mise en culture et le développement des végétaux. De tels 5 contenants constituent un grand progrès par rapport aux contenants réalisés en un matériau non dégradable, issu de la transformation de produits pétroliers, généralement de couleur noire, la couleur étant engendrée par les charges nécessaires pour leur fabrication. Un inconvénient important de ces contenants était leur non imprimabilité or 10 l'évolution est telle que les contenants eux-mêmes doivent pouvoir porter des mentions imprimées, soit pour reproduire des données images ou des données textes associées au plant du contenant. Un tel contenant de l'art antérieur ayant apporté un nette amélioration de l'offre est décrit et revendiqué dans la demande internationale de brevet 15 WO/FR02 03037, au nom du même demandeur. Cette demande propose un contenant réalisé en un matériau imprimable avec une grande définition, dont la géométrie permet le recours à des machines automatisées de mise en pot, qui est réalisable à partir d'un flan découpé après avoir été imprimé, qui permet la respiration des végétaux même lorsque les 20 contenants reposent sur une surface imbibée d'eau ou de liquide fertilisant. On peut ainsi disposer sur le contenant directement les références du produit, la date/âge du plant, les coordonnées du producteur, les informations sur les conditions de mise en terre du végétal par l'acheteur, les conseils sur la pousse et le suivi, le tout agrémenté de représentations dont on sait qu'elles ont un pouvoir auto-explicatif, ce qui évite la perte des étiquettes et tous les inconvénients liés à l'amovibilité des systèmes d'informations connus, Il conviendrait que ce contenant puisse être réalisé en un matériau dont les qualités de biodégradabilité soient parfaitement adaptées. De plus non seulement, il serait souhaitable de disposer d'un matériau biodégradable mais un matériau dont la biodégradabilité est ajustable dans le temps. Certains plants nécessitent une durée de conservation de 6 mois tandis que d'autres doivent être conservés pendant deux ou trois ans pour donner un ordre de grandeur. Cette biodégradabilité doit alors être ajustée. Après usage, il faut se débarrasser des contenants vides mais la biodégradabilité doit alors être rapide. Il est à préciser là qu'il s'agit d'une 15 biodégradabilité vraie, c'est-à-dire une élimination totale par le travail de microorganismes et non la simple dégradation par les rayonnements tels que les ultraviolets qui dégradent plutôt par fragmentation. On constate à la lecture de ces contraintes que les fournisseurs se heurtent à des conditions légèrement antinomiques: il faut que le contenant soit 20 parfaitement intact pendant une certaine durée correspondant à la présentation et à la vente, donc avec une bonne conservation des impressions, puisqu'il se dégrade rapidement pour assurer son élimination. De plus, pendant cette durée o le contenant doit rester intact, il faut qu'il puisse être arrosé, en contact avec des produits de traitement et/ou de 25 fertilisation sans pour autant se dégrader. Ce contenant doit aussi présenter des propriétés mécaniques adaptées et notamment, il doit rester manipulable, ne pas se déformer, ne pas se délaminer ou conduire à des cloquages. On connaît par ailleurs des brevets américains US 3 852 913 et US 3 919 163 qui décrivent un matériau biodégradable permettant la réalisation de contenants spécif iques. En effet, en vue d'assurer une reforestation, il est prévu des machines de 5 plantation qui utilisent des canons à implanter. De ce fait, il faut concevoir des contenants en forme d'ogive qui sont introduits dans le sol directement avec le plant à l'intérieur par ledit canon. De ce fait, il faut une résistance mécanique suffisante du contenant pour permettre cette opération mais en assurant une biodégradabilité pour assurer le 10 développement libre du plant et la non pollution du sol à chaque implantation. Ce matériau est à base de polymères de la famille des caprolactones soit sous forme d'homopolymères soit sous forme de copolymères avec des polymères obtenus par condensation complétés par des charges, talc, silice, carbone et/ou des plastifiants, des fertilisants, des pesticides, des fongicides ou des 15 insecticides. On peut citer dans cette même famille de produits le brevet US 3 929 937. On note que le problème posé est totalement différent et on constate que le problème de l'imprimabilité ne se pose aucunement, de même que le réglage de la durabilité sous forme intacte. En effet, il suffit que le contenant soit suffisamment rigide pendant une période donnée pour permettre une introduction en force dans le sol même si lors de cette opération, il y a dégradation ou fragmentation mécanique, au contraire une telle fragmentation permet le développement racinaire plus rapidement. On constate que dans ce cas, une autre différence notable concerne le mode de 25 mise en sol puisque dans le cas de ces procédés, le plant est mis en sol dans son contenant. L'objet de la présente invention est un matériau dont la durée de biodégradabilité est ajustable, qui est susceptible d'être calandré, qui est imprimable dans des conditions d'impression et de séchage des encres comparables avec l'existant et dont les propriétés mécaniques sont ellesmêmes adaptées. A cet effet, le matériau utilisable pour la réalisation de contenants horticoles à 5 biodégradabilité ajustable et imprimable, se caractérise en ce qu'il comprend un alliage de polycaprolactone, de polystyrène incorporant une charge végétale. Plus particulièrement, I'alliage comprend de 50 à 70% en poids de polycaprolactone et de 50 à 30% de polystyrène, la charge végétale variant de à 50% en poids de l'ensemble. La charge végétale est choisie parmi le blé et/ou le mais et/ou la cellulose. Selon un mode de réalisation préférentiel, I'alliage comprend 60% en poids de polycaprolactone et 40% de polystyrène, la charge végétale étant de 30% en poids de l'ensemble. Plus particulièrement la cellulose est retenue. L'invention couvre aussi le procédé de fabrication d'une feuille de matériau par calandrage ainsi que le contenant horticole à biodégradabilité ajustable et imprimable réalisé. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un contenant horticole à biodégradabilité ajustable en conservant l'imprimabilité, qui se caractérise en ce 20 que l'on fait varier le taux et la nature de la charge végétale pour ajuster la biodégradabilité, à paramètres mécaniques sensiblement constants. Le matériau selon l'invention est maintenant décrit en détail avec son procédé de fabrication. Les figures annexées représentent les courbes des résultats obtenus pour ce 25 matériau permettant de caractériser le matériau. - figures 1A et lB: modules de traction en fonction des compositions d'alliage pour le CAPA 6500 et 6800. - figures 2A et 2B: contraintes à la rupture en fonction des compositions d'alliage pour le CAPA 6500 et 6800. - figures 3A et 3B: modules de flexion en fonction des compositions d'alliage pour le CAPA 6800 et 6500. - figures 4A et 4B: indice de viscosité (MFI) en fonction des compositions d'alliage pour le CAPA 6800 et 6500, et - figures 5A et 5B: indice de biodégradabilité par perte de poids exprimée en pourcentage en fonction des compositions d'alliage pour le CAPA 6500 et 6800. I/ Analyse du polymère pur: Le matériau est issu de la famille des polycaprolactones qui subissent des adjonctions permettant de répondre à l'ensemble des contraintes imposées. Les polycaprolactones ne peuvent être utilisés seuls pour atteindre les 15 performances souhaitées et notamment la biodégradabilité ajustable. be plus, il faut que le matériau puisse subir un calandrage, soit imprimable sans traitement corona, que les feuilles ainsi obtenues après calandrage puissent,tre découpées, rainées et pliées puis enfin collées. be ce fait, il faut adjoindre des charges, des plastifiants et/ou des rigidifiants. 20 On choisit deux bases de caprolactones ayant des grades différents. On sait en effet que le grade correspond à une viscosité ellemême reflet d'une masse moléculaire. On procède alors à des essais d'introduction de polystyrène, notamment de polystyrène choc qui est le polymère associé. Ce polymère est introduit à raison de 15, 30 et 45 0. Les propriétés mécaniques étudiées sont: a) le module de traction, b) la contrainte à la rupture c) le module de flexion d) le MFI qui est le Melt Flow Index ou l'indice de fluidité, et e) la biodégradabilité en milieu aqueux. Le mélange est réalisé par compoundage qui est une préparation mécanique avec malaxage, fusion, mélangeage, extrusion, refroidissement et granulation par découpe des joncs extrudés. Des éprouvettes normalisées sont ensuite réalisées par injection en sorte de permettre les mesures des différents paramètres retenus. Les deux produits du commerce sont des polycaprolactones produits par la société Solvay et connus sous les références CAPA 6500 et 6800. a) Module de traction: Les figures 1A et lB montrent les courbes obtenues des modules de traction. Des rapports de l'ordre de 50% à 70% de chacun des deux polycaprolactones retenus et donc de 50% à 30% de polystyrène permettent d'atteindre les valeurs souhaitées pour la réalisation de contenants dans des dimensions volumiques de l'ordre du décimètre cube. b) Contrainte à la rupture: Les figures 2A et 2B montrent les courbes obtenues. On note que dans les fortes concentrations de polycaprolactones, la déformation se produit avec des allongements sans rupture. Le meilleur compromis pour répondre à la réalisation de contenants horticoles consiste à introduire entre 50 et 70% de polycaprolactone, ceci pour les deux 25 grades et le solde en polystyrène. c) Module de flexion La rupture n'est jamais atteinte pour les deux grades retenus donc a fortiori dans la composition se situant dans la plage de 50 à 70% de polycaprolactone pour le solde en polystyrène. Les courbes des résultats obtenus pour les deux grades 6800 et 6500 sont regroupées sur les figures 3A et 3B. d) Indice de fluidité Les mesures sont réalisées avec un plastomètre commercialisé sous la dénomination "ZWICK". Elles concernent l'indice de fluidité à chaud en masse et en volume. Il s'agit d'extruder sous poids constant des volumes de polymère à 10 travers une filière donnée à une température fixée et constante. Les paramètres fixés sont la température de travail, le poids de la charge exercée et la durée d'extrusion. La valeur souhaitée étant un débit de l'ordre de 3 à 5 9 toutes les dix minutes, il convient de retenir la plage de valeurs comprises entre 50 et 70% de 15 polycaprolactone ceci pour les deux grades. On note de façon normale que le polycaprolactone d'indice plus faible le 6500 donc de masse moléculaire plus faible, permet d'obtenir une fluidité plus importante. Un tel paramètre est important pour permettre un calandrage satisfaisant des 20 feuilles prévues pour être imprimées, découpées, pliées et collées. Les résultats sous forme de courbes, sont regroupés pour les 6800 et 6500 sur les figures 4A et 4B. e) Biodégradabilité On retrouve la synthèse des résultats sur les courbes des figures 5A et 5B. Le test est réalisé par immersion dans de l'eau pure sur une durée de 100 jours au cours desquels on mesure la perte de matière après séchage à froid. On constate une biodégradabilité qui augmente avec le pourcentage de polycaprolactone. Le choix de la durée permet d'avoir des valeurs significatives mais la durée de jours ne présage pas des durées réelles susceptibles d'être atteintes. II/ Analyse du polymère avec une charge végétale: Afin d'ajuster la biodégradabilité, selon l'invention, on intègre à Il'alliage polycaprolactone/polystyrène une charge végétale. Les essais portent sur des alliages de CAPA 6500 / polystyrène dans un rapport compris entre 50 et 70% de polycaprolactone. La charge végétale est comprise entre 15 et 50%. Elle est choisie parmi les 10 farines de mcis, les farines de blé et les farines de cellulose en l'occurrence des farines de coques de lupin. Les paramètres analysés sont les propriétés mécaniques et la biodégradabilité. A/Propriétés mécaniques: 1/ Variations des types de charge L'alliage 70/30 utilisé comprend 70%0 de polycaprolactone et 30%0 de polystyrène puisque c'est l'alliage dont on sait qu'il présente des valeurs déjà satisfaisantes. Module traction Module flexion Rupture traction Indice fluidité (MPa) (MPa) (MPo) Alliage pur 581 543 11,2 4,8 Blé (35 %) 788 1013 11,3 2,0 Mais (35%0) 713 871 10,9 1,5 Cellulose (35%) 743 937 13,8 1,4 Les propriétés mécaniques se trouvent améliorées par la charge végétale, à 20 charge végétale constante, 35%/ en poids de l'ensemble. 2/ Variations du taux de charge végétale: Les essais portent sur un alliage 60/40 avec une charge à base de farines de mais dans des quantités de 15, 30 et 50%. On analyse la variation des propriétés mécaniques. Module traction (MPa) Module flexion (MPa) Rupture traction (MPa) Indice fluidité Alliage pur 713 762 15,4 3,0 Cellulose (15%) 998 1274 17,1 1,4 Cellulose (30%0) 1181 1281 12,9 1,9 Cellulose (50%) 866 1047 15,4 1,9 On constate que l'augmentation des propriétés mécaniques est optimale en ce qui concerne la celullose lorsque la charge est de l'ordre de 30%. b'autres essais montrent, notamment pour le mais et le blé, que les propriétés 10 mécaniques sont améliorées de 15 à 50% de charge végétale. 3/ Variations du taux de polycaprolactone: On analyse la variation du taux de polycaprolactone, 50, 60 et 70%, le polystyrène variant proportionnellement, à charge végétale constante, en 15 I'occurrence 30%, sur les propriétés mécaniques, ceci pour le blé, le mais et la cellulose. Blé (30%) Module traction (MPa) Module flexion (MPa) Rupture traction (MPa) Indice fluidité Alliage (50/50) 1068 1343 18,4 1,2 Alliage (60/40) 1181 1281 12,9 1,9 Alliage (70/30) 788 1013 11,3 2 Mdis (30%) Module traction (MPa) Module flexion (MPa) Rupture traction (MPa) Indice fluidité Alliage (50/50) 1067 1326 19,3 1,3 Alliage (60/40) 942 1072 16,3 1,9 Alliage (70/30) 713 871 10,9 1,5 Cellulose (30/O) Module traction Module flexion Rupture traction Indice fluidité (MPa) (MPa) (MPa) Alliage (50/50) 1095 1485 17,8 1,3 Alliage (60/40) 1171 1349 14,7 1,9 Alliage (70/30) 743 936 13,8 1,4 La valeur de intéressante. 60/40 est de nouveau constatée comme particulièrement B/ Biodégqradabilité: 1/ Variation des types de charge Cette étude est réalisée en mesurant la perte de masse d'échantillons placés en immersion dans de l'eau. L'alliage utilisé est intermédiaire et comprend 60% de polycaprolactone et 40% de polystyrène. On utilise des charges végétales à 35%. Perte de masse en % Alliage (60/40) / Blé (35%) - 1,2 Alliage (60/40) / Mais (35%) - 0,6 Alliage (60/40) / Cellulose (35%) - 4,2 On note une très forte biodégradabilité avec l'utilisation de la cellulose. 2/ Variations des taux de charge: Des essais ont été réalisés avec des charges végétales variables avec un même type de charge. Pour les essais qui suivent, on a introduit de la farine de mdis dans des proportions de 15, 30 et 500%. Perte de masse en %0 Alliage (60/40) / Madis (15%) - 0,03 Alliage (60/40) / Mdis (30%) - 0,48 Alliage (60/40) / Mdis (50%) - 0,78 On note une variation de la biodégradabilité sur une plage très importante puisque la perte est multipliée par un coefficient de près de 30 pour le mdis sur 10 la plage de 15 à 50%0 en poids de charge végétale. Pour le blé, on obtient des variations de près de 10 et pour la cellulose de près de 5. 3/ Variations du taux de polycaprolactone: On analyse la variation du taux de polycaprolactone, 50, 60 et 70% à charge végétale constante, en l'occurrence 30%, sur les capacités de biodégradabilité, ceci pour le blé, le mdis et la cellulose. Blé (30%) Perte de masse en % Alliage (50/50) - 0,97 Alliage (60/40) - 2, 15 Alliage (70/30) - 1,80 Mafs (30%) Perte de masse en % Alliage (50/50) 0,48 Alliage (60/40) - 1,03 Alliage (70/30) - 0,70 Cellulose (30%) Perte de masse en 7% Alliage (50/50) - 2,04 Alliage (60/40) - 5,03 Alliage (70/30) - 4,60 On peut en déduire que la plage de valeurs de 50 à 70% de polycaprolactone est satisfaisante et que le rapport 60/40 est optimisé. C/ Imprimabi/ité Une fois le produit chargé retenu, il faut vérifier les possibilités d'impression, ceci pour différents critères que sont l'imprimabilité elle-même mais aussi la brillance, le séchage, la rigidité, la blancheur du produit après calandrage et 10 l'opacité. La comparaison est faite avec le meilleur produit recyclable du commerce et actuellement utilisé dans le cadre de la mise en oeuvre de la demande de brevet précitée WO/FR02 03037 au nom du même titulaire. L'échelle varie de 1 à 5, pour chacun des paramètres. 15 Imprimabilité Brillance Séchage Rigidité Blancheur Opacité Référence 2 3 2 5 4 5 Alliage 3 3 2 4 5 5 70/30 On constate à nouveau que seule la rigidité est légèrement inférieure tandis que tous les autres paramètres sont au moins aussi intéressants, voire supérieurs pour l'imprimabilité pure et pour la blancheur qui permet une meilleure approche des couleurs. L'obtention des feuilles de ce matériau est réalisée de préférence par calandrage. Les contenants horticoles sont ensuite obtenus par découpe de flans dans ces feuilles de matériau à biodégradabilité contrôlée. Une découpe particulièrement 10 satisfaisante est celle réalisée selon l'enseignement de la demande de brevet précitée WO/FR02 03037 au nom du même titulaire qui est introduite dans la présente demande en ce qui concerne les caractéristiques géométriques du contenant qui y est décrit. Pour la réalisation de ce calandrage, on peut ensuite ajouter des adjuvants pour 15 faciliter les opérations de calandrage, notamment des plastifiants qui sont introduits en quantités très faibles et qui ne modifient pas les propriétés décrites ci-avant ou des agents de blanchiment tels que l'oxyde de titane. Les applications de la présente invention concernent les contenants horticoles au sens large pour les plants quelles que soient les variétés. Des tests ont montré par ailleurs que ce matériau ne présente aucune toxicité vis-à-vis des plants. te façon connue, il est aussi possible d'adjoindre des agents fongicides, insecticides, fertiligènes à ce matériau si nécessaire sans pour cela sortir de la présente invention. Le matériau est également particulièrement préconisé pour fabriquer des suremballages qui viennent autour de contenants. En effet, de tels suremballages sont très utiles car il sont imprimables et portent donc toutes les indications nécessaires pour la commercialisation et peuvent recevoir des contenants tout autre que ceux de la présente invention tels que des pots en tourbe dont on sait qu'ils ne peuvent aucunement être imprimes. Par contre la biodégradabilité de ces suremballages est une richesse puisque ces 5 pots en tourbe particulièrement écologiques et à biodégradabilité assurée ne sont pas pollués par des suremballages issus de l' industrie du pétrole. La présente demande a été décrite à partir de nombreux essais qui n'ont aucun caractère limitatif. REVENDICATIONS 1. Matériau à biodégradabilité ajustable et imprimable, utilisable notamment pour la réalisation de contenants horticoles et/ou de suremballages de contenants, caractérisé en ce qu'il comprend un alliage de polycaprolactone et de polystyrène, incorporant une charge végétale. 2. Matériau à biodégradabilité ajustable et imprimable selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage comprend de 50 à 70% en poids de polycaprolactone et de 50 à 30% de polystyrène, la charge végétale variant de 15 à 50% en poids de l'ensemble. 3. Matériau à biodégradabilité ajustable et imprimable, selon la 10 revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la charge végétale est de 30% en poids de l'ensemble. 4. Matériau à biodégradabilité ajustable et imprimable, selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la charge végétale est choisie parmi le blé et/ou le madis et/ou la cellulose. 5. Matériau à biodégradabilité ajustable et imprimable, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alliage comprend 60% en poids de polycaprolactone et 40% de polystyrène, la charge végétale étant de 30% en poids de l'ensemble. 6. Matériau à biodégradabilité ajustable et imprimable, selon la 20 revendication 5, caractérisé en ce que la charge végétale est de la cellulose. 7. Procédé de fabrication d'une feuille de matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on procède à un calandrage du matériau obtenu. -a* 2852599 8. Contenant horticole ou suremballage de contenants à biodégradabilité ajustable et imprimable réalisé en matériau selon l'une des revendications 1 à 6, à partir d'une feuille calandrée, par découpage, pliage et collage. 9. Procédé de fabrication d'un contenant horticole et/ou d'un suremballage 5 à biodégradabilité ajustable en conservant l'imprimabilité utilisant le matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on fait varier le taux et la nature de la charge végétale pour ajuster la biodégradabilité, à paramètres mécaniques sensiblement constants. 10. Procédé de fabrication d'un contenant horticole et/ou d'un 10 suremballage de contenants, à biodégradabilité ajustable en conservant l'imprimabilité, caractérisé en ce que l'on utilise un polycaprolactone de masse moléculaire comprise entre 6500 et 6800.