Brevet FR2965815A1 — publié le 20120413

La présente invention concerne la production d'objets manufacturés biodégradables, réalisés à partir de résidus de l'infusion et/ou de la décoction d'un matériau végétal, en particulier du marc de café ou de l'apothème de thé. Dans le cadre de la présente invention, on entend par objet manufacturé biodégradable ou par matériau biodégradable, un objet manufacturé ou respectivement un matériau, qui répond à au moins l'une de ces normes : - ISO14855 (norme relative à la quantification de la biodégradabilité aérobique en milieu de compostage), - EN13432 (norme concernant la valorisation par compostage et biodégradation, et ce en déterminant la possibilité de compostage et de traitement en anaérobiose), - ASTM 6400-99. De nombreux matériaux synthétiques, parmi lesquels les polymères non biodégradables que sont le polyéthylène, le polypropylène, le poly-chlorure de vinyle, le polyamide, le poly-éthylène téréphtalate, le polycarbonate, suscitent de sérieux problèmes d'environnement, du fait que lorsque les objets manufacturés à partir de ces matériaux sont malencontreusement abandonnés en pleine nature, leur dégradation ne survient qu'après plusieurs dizaines d'années. Certes, des opérations de recyclage et d'incinération de ces objets manufacturés sont de plus en plus souvent mises en oeuvre pour tenter de limiter ces effets néfastes. La population est tout particulièrement sensibilisée à ces problèmes environnementaux et de recyclage. Mais, il n'en demeure pas moins que le développement et l'optimisation de ces opérations sont très onéreux pour aboutir à une baisse notable de la pollution. En effet, les coûts engendrés par le tri, le nettoyage et le recyclage sont très élevés, ce qui peut constituer un frein aux tentatives de mise en place de revalorisation de ces objets manufacturés. C'est pourquoi, de nos jours, de nombreux travaux de recherches ont trait à la mise au point de nouveaux matériaux biodégradables. En parallèle à cela, l'engouement pour des dosettes de café de type « expresso » s'est tout particulièrement accru ces dernières années. Il s'est alors posé le problème du recyclage, non seulement de la dosette « en tant que telle », mais aussi du résidu demeurant dans la dosette à l'issue de la préparation du café, ou autrement dit du marc de café. A ce jour, on connaît diverses applications du marc de café. Il s'agit essentiellement d'utilisations dites « domestiques » que tout à chacun peut mettre en oeuvre chez soi. Plus précisément, il est connu d'utiliser le marc de café comme additif dans un compost ou encore comme répulsif de fourmis ou de puces. Mais, on relève peu d'utilisations du marc de café dans l'industrie, et en particulier sa réutilisation dans des procédés industriels tels que la 10 fabrication d'objets. Cela constituerait pourtant des avantages économiques et écologiques certains, si l'on pouvait réutiliser le marc de café récupéré, non seulement du recyclage des dosettes à café évoquées ci-dessus, mais aussi des distributeurs de boissons, en particulier de boissons chaudes, dont 15 disposent de nombreuses entreprises. On comprend alors aisément l'intérêt de mettre en oeuvre de nouveaux matériaux biodégradables, à partir de résidus tels que le marc de café ou l'apothème de thé, car ils constitueraient des alternatives tout à fait avantageuses à l'utilisation de matériaux non-biodégradables lors de la 20 fabrication d'objets, et en particulier d'objets de la vie courante. Bien évidemment, ces nouveaux matériaux totalement biodégradables, pour remplir cette fonction d'alternative à des matériaux non-biodégradables, s e devraient d'exhiber des propriétés mécaniques équivalentes (voire même meilleures) à celles des matériaux non- 25 biodégradables pour permettre leur mise en oeuvre aisée lors de la fabrication d'objets. Les inventeurs de la présente invention ont mis au point de manière tout à fait surprenante une nouvelle composition, qui par compoundage, permet d'obtenir un matériau biodégradable qui remplit ces 30 exigences détaillées ci-dessus. En effet, la présente invention concerne une composition qui comprend en poids : - entre 20 et 90 % d'au moins un polymère thermoplastique biodégradable, 35 - entre 80 et 100/0 d'au moins un résidu résultant de l'infusion et/ou de la décoction d'un matériau végétal. De manière préférée, la composition selon l'invention comprend en poids : - entre 300/0 et 700/0 d'au moins un polymère thermoplastique biodégradable, - entre 700/0 et 300/0 d'au moins un résidu résultant de l'infusion et/ou de la décoction d'un matériau végétal. Par polymère thermoplastique biodégradable, on entend un polymère thermoplastique répondant à au moins l'une des normes précitées. Le polymère thermoplastique biodégradable peut être choisi dans le groupe constitué par le polyesteramide, le polycaprolactone (PCL), l'acide polylactique (PLA), les copolyesters aliphatiques et/ou aromatiques, le polyhydroxybutyrate (PHB), le polyhydroxyvalérate (PHV), le poly-butylène succinate (PBS), le poly-butylène succinate/adipate (PBSA), le polyester carbonate (PEC), le poly-éthylène succinate (PES), le poly-butylène adipate/téréphathalate (PBAT), l'alcool polyvinylique (PVA), l'acétate de cellullose. Avantageusement, le polymère thermoplastique biodégradable est choisi parmi l'acétate de cellulose et l'acide polylactique. De manière tout à fait préférée, on utilise l'acétate de cellulose. En 20 effet, l'acétate de cellulose présente les avantages suivants : - une origine naturelle et issue majoritairement de processus de revalorisation, car provenant souvent de ressources naturelles, - une aptitude au contact alimentaire, aussi bien des aliments chauds que des aliments froids ; ce qui est tout particulièrement avantageux, si la composition selon l'invention est mise en forme pour la fabrication d'un objet destiné à recevoir un aliment. - un aspect transparent, ce qui permet de moduler la couleur de la composition selon l'invention, par ajout éventuel de colorants, - des propriétés mécaniques (souplesse et résistance) parfaitement adaptées pour la mise en forme de la composition selon l'invention. 25 30 Bien entendu, la composition selon l'invention peut comprendre un mélange de polymères thermoplastiques biodégradables tels que décrits ci-dessus. De manière préférée, le résidu résultant de l'infusion et/ou de la décoction d'un matériau végétal est choisi dans le groupe constitué par le marc de café et l'apothème de thé. On utilise tout particulièrement le marc de café. En effet, le marc de café comprend de nombreux et divers composés, tels que : - des composés hydrophobes, incluant des lipides, des 10 triglycérides, des acides gras, mais aussi - des composés insolubles, tels que des glucoses comme la cellulose, ainsi que - des sucres, - de la lignine, 15 - des phénols, et - des arômes. Il est à relever que lors de la préparation du café, du fait de l'infusion et/ou de la décoction à l'origine du marc de café, les composés dont est constitué le marc de café sont de nature différente, tant d'un point de vue 20 physique que chimique, des composés présents dans les grains de café, et en particulier dans l'endocarpe et la péricarpe que l'on peut récupérer comme déchet lorsqu'on moud les grains de café. Or, les inventeurs de la présente invention ont découvert de manière surprenante une interaction tout à fait avantageuse entre les 25 composés présents dans le marc de café avec des polymères thermoplastiques biodégradables, permettant d'obtenir un matériau thermoplastique non seulement biodégradable, mais aussi exhibant d'excellentes propriétés mécaniques, à savoir parfaitement appropriées pour une fabrication aisée d'objets, en particulier d'objets de la vie courante, tels que 30 de la vaisselle, des récipients, ou encore des objets de décoration. Le matériau thermoplastique biodégradable obtenu à partir de la composition selon l'invention présente en outre l'avantage d'avoir un coût de fabrication moins élevé que celui d'autres matériaux thermoplastiques biodégradables connus, du fait qu'il est obtenu à partir d'un déchet tel que du 35 marc de café, mais surtout à partir d'une quantité moindre de polymères thermoplastiques biodégradables qui sont des matières premières souvent onéreuses. De manière avantageuse, la composition selon l'invention comprend en outre au moins une charge. La concentration de la charge en 5 poids peut être comprise entre 100/0 et 800/0. Il peut s'agir d'une charge d'origine naturelle choisie dans le groupe constitué par la cellulose ou ses dérivés, l'amidon natif ou ses dérivés, le bois, le coton, la lignine. Avantageusement, la composition selon l'invention comprend en 10 outre au moins un additif, en particulier un additif d'origine naturelle, à une concentration en poids comprise entre 0,1 et 20/0. Il peut s'agir d'un colorant d'origine naturelle, ou autrement dit qui ne présente pas de risque pour l'environnement, ou encore de plastifiants, de préférence de plastifiants d'origine naturelle. Parmi, les plastifiants que la 15 composition selon l'invention peut comprendre, on peut notamment citer les huiles végétales, les acides gras, les esters d'acide gras, le glycérol, la glycérine. Un autre objet de l'invention est un matériau thermoplastique biodégradable susceptible d'être obtenu par compoundage d'une composition 20 telle que décrite ci-dessus. Le matériau thermoplastique biodégradable selon l'invention peut alors être moulé par injection ou extrudé sous la forme de feuilles. Dans le cadre de la présente invention, on entend par compoundage, un procédé de mélange par fusion de matières 25 thermoplastiques, éventuellement en présence d'additifs. Un autre objet de l'invention est un procédé d'obtention d'un produit manufacturé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) On réalise la composition telle que décrite ci-dessus par un mélange par fusion du au moins un polymère thermoplastique 30 biodégradable avec le au moins un résidu résultant de l'infusion et/ou de la décoction d'un matériau végétal, éventuellement en présence de charge et/ou d'additif. b) On met en forme ladite composition obtenue à l'issue de l'étape a) de manière à obtenir la forme souhaitée dudit produit 35 manufacturé. Avantageusement, le résidu résultant de l'infusion et/ou de la décoction d'un matériau végétal a été récupéré de : - machines distributrices de boissons, en particulier de boissons chaudes, - dosettes de café, par exemple de type expresso. De manière tout à fait avantageuse, ledit résidu a été séché avant d'être mélangé avec le polymère thermoplastique biodégradable. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'étape a) du procédé d'obtention est réalisée de la manière suivante : - on effectue le mélange du au moins un polymère thermoplastique biodégradable avec le au moins un résidu résultant de l'infusion et/ou de la décoction d'un matériau végétal, éventuellement en présence de charges et/ou d'additifs, par extrusion corotative, et ce à une température telle que le mélange soit en fusion, de préférence à une température comprise entre 130°C et 170°C, - on extrude un fil que l'on refroidit par air et que l'on coupe sous la forme de granulés, par exemple à une dimension comprise entre 2 et 4 mm, - on sèche par air chaud les granulés ainsi obtenus. Sur la base de ces granulés obtenus à l'issue de l'étape a), il est alors possible de donner forme à divers produits, tels que des feuilles, des films, des emballages. A ce propos, des emballages de faible épaisseur peuvent être réalisés, du fait des excellentes propriétés rhéologiques que présentent les granulés obtenus à l'issue de l'étape a) dudit procédé d'obtention. Plus précisément, l'étape b) du procédé d'obtention selon l'invention, à savoir la mise en forme de la composition, peut être réalisée par différentes techniques, et en particulier par : - moulage par injection ; - extrusion/soufflage ; - extrusion/laminage ; - extrusion/injection. L'étape b) du procédé d'obtention selon l'invention peut aussi consister en une extrusion sous la forme de feuilles. Le produit ainsi obtenu à l'issue de l'étape b) du procédé d'obtention selon l'invention exhibe de manière tout à fait avantageuse des propriétés mécaniques similaires (voire meilleures) à celles obtenues avec des matériaux en polymères non recyclables, tels que le polystyrène ou le polyéthylène, et ce tout en présentant l'avantage d'être parfaitement biodégradable, et donc de ne pas être source de nuisance environnementale. Le produit manufacturé peut être une feuille, un emballage, un récipient, un objet de vaisselle tel qu'une assiette, un gobelet, un verre, une tasse, une fourchette, un couteau, une fourchette, une cuillère, un bol, un plat. Il peut aussi s'agir de tout objet de décoration ou de tout objet de la vie courante pouvant être manufacturé à partir d'un matériau thermoplastique au moyen de l'une des techniques de mise en forme détaillées ci-dessus. L'invention concerne aussi l'utilisation d'un résidu résultant de l'infusion et/ou de la décoction d'un matériau végétal dans la fabrication d'un matériau thermoplastique biodégradable. Avantageusement, le résidu résultant de l'infusion et/ou de la décoction d'un matériau végétal est choisi dans le groupe constitué par le marc de café et l'apothème de thé.15 REVENDICATIONS1. Composition comprenant en poids : - entre 20 et 90 % en poids d'au moins un polymère thermoplastique biodégradable, - entre 80 et 100/0 en poids d'au moins un résidu résultant de l'infusion et/ou de la décoction d'un matériau végétal. 2. Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce que le résidu résultant de l'infusion et/ou de la décoction d'un matériau végétal est choisi dans le groupe constitué par le marc de café et l'apothème du thé. 3. Composition selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le polymère thermoplastique biodégradable est choisi dans le groupe constitué par le polyesteramide, le polycaprolactone (PCL), l'acide polylactique (PLA), les copolyesters aliphatiques et/ou aromatiques, le polyhydroxybutyrate (PHB), le polyhydroxyvalérate (PHV), le poly-butylène succinate (PBS), le poly-butylène succinate/adipate (PBSA), le polyester carbonate (PEC), le poly-éthylène succinate (PES), le poly-butylène adipate/téréphathalate (PBAT), l'alcool polyvinylique (PVA), l'acétate de cellullose. 4. Composition selon la revendication 3, caractérisée en ce que le 25 polymère thermoplastique biodégradable est l'acétate de cellulose. 5. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en que ladite composition comprend en outre au moins une charge. 30 6. Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce que la charge est choisie dans le groupe constitué par la cellulose, les dérivés de la cellulose, l'amidon natif, les dérivés de l'amidon natif, le bois, le coton, la lignine. 35 7. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée que ladite composition comprend en outre au moins un additif. 8. Composition selon la revendication 7 caractérisée en ce que ledit additif est choisi dans le groupe constitué par les colorants, les plastifiants. 9. Matériau thermoplastique biodégradable susceptible d'être 5 obtenu par compoundage d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Procédé d'obtention d'un produit manufacturé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : 10 a) On réalise la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 par un mélange par fusion du au moins un polymère thermoplastique biodégradable avec le au moins un résidu résultant de l'infusion et/ou de la décoction d'un matériau végétal, éventuellement en présence de charge et/ou d'additif. 15 b) On met en forme ladite composition obtenue à l'issue de l'étape a) de manière à obtenir la forme souhaitée dudit produit manufacturé. 11. Procédé de fabrication selon la revendication 10 caractérisé en 20 ce que la mise en forme de la composition est réalisée par moulage par injection, extrusion/soufflage, extrusion/laminage, ou extrusion/injection. 12. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 10 à 11 caractérisé en ce que le produit manufacturé est une 25 feuille, un emballage, un récipient, un objet de vaisselle tel qu'une assiette, un gobelet, un verre, une tasse, un couteau, une fourchette, une cuillère, un bol, un plat, ou un objet de décoration. 13. Utilisation d'un résidu résultant de l'infusion et/ou de la 30 décoction d'un matériau végétal dans la fabrication d'un matériau thermoplastique biodégradable. 14. Utilisation selon la revendication 13 caractérisée en ce que résidu résultant de l'infusion et/ou de la décoction d'un matériau végétal est 35 choisi dans le groupe constitué par le marc de café et l'apothème de thé.