Brevet FR2947205A1 — publié le 20101231

La présente invention concerne un matériau multicouches biodégradable ainsi qu'un procédé pour l'obtention d'un tel matériau. Les matériaux biodégradables sont de plus en plus présents dans notre environnement. Ils sont le plus souvent réalisés à partir de matières végétales alors que les matériaux concurrents sont le plus souvent réalisés à partir de polymères ou autres composés issus de la pétrochimie. L'utilisation de matériaux biodégradables permet donc d'économiser des ressources énergétiques de la planète. En outre, les matériaux biodégradables sont faciles à traiter après leur utilisation. Ils sont donc valorisables sans être incinérés ou soumis à d'autres transformations. La présente invention concerne plus particulièrement le domaine d'application de l'emballage. Dans ce domaine, on utilise par exemple des barquettes pour emballer des aliments. II est connu ici d'utiliser par exemple un matériau appelé PLA (abréviations pour acide polylactique). Ce matériau est utilisé soit pur, soit mélangé à d'autres matériaux biodégradables. Lorsqu'il est utilisé pur le PLA est étanche à l'eau mais présente toutefois l'inconvénient d'être cassant. II est donc le plus souvent mélangé à un autre matériau biodégradable. Un autre inconvénient des matériaux biodégradables, y compris le PLA, est qu'ils ne forment pas une barrière aux gaz, par exemple l'oxygène. Dans le domaine de l'emballage alimentaire, si une barquette en matériau biodégradable est utilisée et que l'on souhaite réaliser une barrière aux gaz (et éventuellement à l'eau) un film, le plus souvent non-biodégradable, est utilisé. La présente invention a alors pour but de fournir un matériau biodégradable étanche à l'eau et/ou barrière aux gaz ainsi qu'un procédé permettant d'obtenir un tel matériau. À cet effet, la présente invention propose un matériau multicouches comportant une première couche d'agromatériau réalisée à base d'au moins 90% d'agro-ressources. Selon la présente invention, ladite première couche est associée à une couche de papier sur une face, le papier est recouvert sur une face de résine et le papier est disposé dans le matériau multicouches de manière à ce que la résine se trouve à l'extérieur. Il a été remarqué que de façon surprenante le papier adhérait très bien aux agromatériaux biodégradables et pouvait donc être combiné à de telles matières pour augmenter les performances du matériau biodégradable. Le matériau multicouches est réalisé à base essentiellement d'agroressources qui sont les végétaux fournissant des composés de base nécessaires à l'énergie, la chimie et les matériaux, notamment : des lipides et protéines obtenus à partir de colza, tournesol, soja, lin, ..., des glucides obtenues à partir de cultures céréalières et betteravières, des fibres lignocellulosiques provenant de résidus de cultures, tels de la paille, de plantes annuelles telles le chanvre et le sorgho par exemple, et de la sylviculture, ainsi que des molécules spécifiques issues de coproduits de diverses plantes, ces agro-ressources étant ou non transformées, la transformation pouvant conduire à des matériaux tels du PLA (acide polylactique), du PHB (poly hydroxy butyrate), du PHA (poly hydroxy alkanoate), des polyesters biodégradables, .... Pour augmenter les performances du matériau multicouches en termes d'étanchéité l'eau et former aussi une barrière aux gaz, le papier est recouvert sur une face d'une résine, et le papier est disposé dans le matériau multicouche de manière à ce que la résine se trouve à l'extérieur. Il convient ici de conserver une liaison directe entre le papier et l'agromatériau. Avantageusement, le papier utilisé est du papier kraft. Un tel papier est d'une part connu pour ses propriétés mécaniques et est d'autre part biodégradable. Une forme de réalisation préférée d'un matériau multicouches selon la présente invention prévoit que la couche d'agromatériau présente la composition suivante, les pourcentages étant exprimés en poids de la matière sèche : - entre 20% et 60% d'amidon, - entre 3% et 20% de protéines, - entre 15% et 60% de cellulose, d'hémicellulose et de lignine, - entre 1% et 15% de lipides, et - entre 0,01% et 10% de sucres. La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un matériau multicouches. Selon l'invention, ce procédé consiste à disposer dans un moule une feuille de papier recouvert sur une face d'une résine de telle sorte que ladite feuille recouvre au moins partiellement une paroi du moule et que la face recouverte de résine soit disposée contre la paroi du moule, puis à injecter une matière biodégradable réalisée à base d'au moins 90% d'agro-ressources selon un procédé d'étiquetage au moulage de manière à ce que la résine se trouve à l'extérieur du matériau multicouche après injection. Un procédé d'étiquetage au moulage est couramment désigné par l'acronyme IML, de l'anglais "In-Mold Labelling". Dans un tel procédé, le papier utilisé est de préférence un papier kraft. La présente invention concerne également une barquette destinée à l'emballage de produits alimentaires, caractérisée en ce qu'elle est réalisée dans un matériau multicouches tel que décrit plus haut. Dans une telle barquette, le papier est de préférence disposé à l'intérieur de la barquette. Pour obtenir une barquette étanche à l'eau et formant barrière aux gaz, le papier utilisé est de préférence du papier kraft associé à une résine biodégradable sous forme de film. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui suit, décrivant quelques exemples de réalisation de l'invention ainsi qu'un procédé selon l'invention. La présente invention concerne la réalisation d'un matériau multicouches qui est de préférence entièrement biodégradable et qui peut être utilisé notamment pour la réalisation d'emballages. Pour l'emballage de certains produits alimentaires, il convient d'utiliser un emballage qui forme une barrière aux gaz et/ou soit étanche à l'eau. Les agromatériaux biodégradables décrits par exemple dans le document FR-2 783 740 ne permettent pas de réaliser une telle étanchéité. L'idée à l'origine de la présente invention est d'associer à de tels matériaux un film pour former une barrière aux gaz qui soit de préférence également étanche à l'eau. De nombreux essais ont été effectués mais en vain. En effet, il est difficile d'obtenir une bonne cohésion entre un film étanche et l'agromatériau. De façon surprenante, il a été constaté qu'un agromatériau biodégradable injectable, de type de ceux décrits dans le document FR-2 783 740, se liait très bien avec du papier en utilisant par exemple un procédé d'étiquetage au moulage. Un tel procédé est plus connu sous les initiales IML (de l'anglais In- Mold Labelling). Selon une forme de réalisation préférée, un matériau multicouches selon l'invention est constitué d'une couche d'agromatériau biodégradable, d'une couche de papier ainsi que d'une couche de résine, la couche de papier étant en sandwich entre l'agromatériau et la résine. L'agromatériau biodégradable peut être constitué de fibres, d'amidon et d'un adjuvent tel par exemple du PLA (abréviations anglaises de Poly Lactic Acid ou en français, acide polylactique) ou des polyesters biodégradables. L'agromatériau utilisé ici est constitué de préférence de plus de 90% (sur la matière sèche) de composés issus d'agro-ressources, c'est-à-dire de composants tels par exemple l'amidon, des farines, des fibres, des polyesters biodégradables, etc.. La proportion de ces composés issus d'agroressources peut même être de préférence de 100% mais il peut contenir aussi des composants tels des colorants par exemple non issus d'agro-ressources. De préférence, l'agromatériau biodégradable est un matériau à base de matière végétale issue d'au moins une plante céréalière entière. Le document FR-2 783 740 indique un procédé pour obtenir de tels matériaux et donne des exemples de tels matériaux. On utilisera ici par exemple un agromatériau biodégradable obtenu à partir de granulats, lesdits granulats présentant une composition telle que (les pourcentages étant exprimés en poids par rapport à la matière sèche) : entre 20% et 60% d'amidon entre 3% et 20% de protéines entre 15% et 60% de cellulose, d'hémicellulose et de lignine, 20 entre 1% et 15% de lipides, et entre 0,01% et 10% de sucres. De tels granulats, ayant éventuellement subi une extrusion, présentent un comportement comparable à celui d'un matériau thermoplastique et peuvent alors être injectés dans un moule. L'utilisation de tels granulats est tout à fait 25 comparable à celle des matières plastiques synthétiques telles le polyéthylène, le polypropylène et le polystyrène. On peut utiliser ici, à titre d'exemple non limitatif, des matériaux tels ceux obtenus lors de la mise en oeuvre des procédés décrits dans les exemples 1 à 4 du document FR-2 783 740. 30 Dans le multicouches selon l'invention, l'épaisseur de la couche d'agromatériau dépendra de l'utilisation que l'on souhaite faire du matériau multcouches. En fonction de la résistance mécanique souhaitée, l'agromatériau présentera une épaisseur plus ou moins importante. Dans le domaine de l'emballage, on prévoira par exemple une épaisseur de l'ordre du millimètre ou de quelques millimètres. Le papier utilisé pour la réalisation d'un multicouches selon la présente invention est de préférence du papier connu sous le nom de papier kraft. Un tel papier est biodégradable. Le multicouches obtenu en associant le matériau biodégradable décrit ci-avant et le papier kraft sera donc lui aussi biodégradable. Ce type de papier présente également l'avantage d'être très résistant. II est obtenu avec des pâtes à base de bois traitées à la soude. Le bois utilisé généralement est du bois résineux, de type pin ou sapin. Le papier utilisé ici peut présenter différents grammages en fonction de l'utilisation faite du matériau multicouches. À titre d'exemple non limitatif, le papier kraft utilisé présente un grammage compris entre 40 et 180 g/m2. Enfin, la résine utilisée est elle aussi de préférence biodégradable. Une telle résine est par exemple connue sous la marque déposée NatureFlex. On peut citer ici à titre d'exemple non limitatif l'utilisation d'un film biodégradable tel que décrit dans le document WO-2009/024812, pour réaliser la couche de résine. Le terme résine est utilisé ici dans son sens large et désigne ici une matière organique solide, semi-solide ou pseudo-solide qui présente une tendance à fluer lorsqu'elle est soumise à une contrainte. Le matériau multicouches décrit ici, comportant une couche d'agromatériau biodégradable, une couche de papier kraft et une couche de résine sous forme d'un film commercialisé sous la marque NatureFlex est un matériau biodégradable selon la norme NF EN 13432. Pour réaliser un matériau multicouches selon la présente invention, il est proposé d'utiliser un procédé du type étiquetage au moulage en l'adaptant toutefois. Un produit multicouches selon l'invention comporte d'une part une couche d'agromatériau et d'autre part une couche de papier associée à une résine. Lorsque le papier est associé à une résine, celle-ci recouvre uniquement une face de la couche de papier et l'autre face de la couche de papier, non recouverte de résine, vient au contact direct de I'agromatériau biodégradable. Le procédé d'étiquetage au moulage, connu également sous les initiales IML pour In-Mold Labelling, consiste à déposer une étiquette en matière synthétique dans un outillage d'injection lors de la fabrication d'un emballage, lui aussi en matière synthétique. II n'est pas du tout habituel d'utiliser un tel procédé avec du papier. En outre, quand il s'agit d'un étiquetage, l'étiquette est bien entendu collée sur la face extérieure de l'emballage pour être visible du consommateur. La présente invention propose de manière originale d'utiliser un procédé issu du procédé IML. II est proposé ici de placer dans le moule une feuille de papier, associée ou non à de la résine, notamment sous forme de film, dans l'outillage d'injection, une face de papier non recouvert se trouvant à l'intérieur de l'outillage. En outre, contrairement à un procédé IML habituellement utilisé, la couche de papier est déposée sur la paroi de l'outillage correspondant à la face intérieure de l'emballage (et non pas sa face extérieure). Une fois l'outillage d'injection garni de la feuille de papier, de l'agromatériau biodégradable est injectée dans l'outillage par un procédé classique d'injection, connu de l'homme du métier et non décrit en détail ici. On obtient ainsi un matériau multicouches selon l'invention avec une excellente liaison entre le papier et l'agromatériau biodégradable qui a été injecté. Le multicouches ainsi obtenu permet de réaliser une barrière aux gaz et d'obtenir une bonne étanchéité à l'eau. Ce matériau multicouches est bien adapté pour la réalisation d'emballages, notamment dans le domaine de l'alimentaire mais d'autres utilisations peuvent être envisagées. De toute façon, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation préférées décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi par exemple, d'autres procédés pourraient être mis en oeuvre pour obtenir un matériau multicouches selon la présente invention. Dans un tel matériau, de nombreuses variantes d'agromatériau peuvent être utilisées. Le papier est de préférence du papier kraft pour sa grande résistance mécanique et son caractère biodégradable mais d'autres papiers, de préférence biodégradables, peuvent être envisagés. Les exemples de résines utilisées sont également donnés à titre illustratifs et ne sont pas limitatifs. En fonction des caractéristiques que l'on souhaite obtenir, par exemple barrière à certains gaz, le choix des résines peut être adapté. La résine peut, au lieu de se présenter sous la forme d'un film, être pulvérisée par exemple à la surface du papier ou être associée au papier de toute autre manière. REVENDICATIONS1. Matériau multicouches comportant une première couche d'agromatériau biodégradable réalisée à base d'au moins 90% d'agro-ressources, caractérisé en ce que ladite première couche est associée à une couche de papier sur une face, en ce que le papier est recouvert sur une face d'une résine, et en ce que le papier est disposé dans le matériau multicouches de manière à ce que la résine se trouve à l'extérieur. 2. Matériau multicouches selon la revendication 1, caractérisé en ce 10 que le papier utilisé est du papier kraft. 3. Matériau multicouches selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la couche d'agromatériau biodégradable présente la composition suivante, les pourcentages étant exprimés en poids de la matière sèche : 15 - entre 20% et 60% d'amidon, - entre 3% et 20% de protéines, - entre 15% et 60% de cellulose, d'hémicellulose et de lignine, - entre 1% et 15% de lipides, et - entre 0,01% et 10% de sucres. 20 4. Procédé de réalisation d'un matériau multicouches, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer dans un moule une feuille de papier recouvert sur une face d'une résine de telle sorte que ladite feuille recouvre au moins partiellement une paroi du moule et que la face recouverte de résine soit disposée contre la paroi du moule, puis à injecter une matière biodégradable réalisée à base d'au 25 moins 90% d'agro-ressources selon un procédé d'étiquetage au moulage de manière à ce qu'après injection la résine se trouve à l'extérieur. 5. Procédé de réalisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le papier utilisé est un papier kraft. 6. Procédé de réalisation selon l'une des revendications 4 ou 5, 30 caractérisé en ce que la résine se présente sur la forme d'un film fixé sur une face de la feuille de papier. 7. Barquette destinée à l'emballage de produits alimentaires, caractérisée en ce qu'elle est réalisée dans un matériau multicouche selon l'une des revendications 1 à 3. 8. Barquette selon la revendication 7, caractérisée en ce que le papier est disposé à l'intérieur de la barquette. 9. Barquette selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que le papier utilisé est du papier kraft associé à une résine biodégradable sous 5 forme de film.