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Pourquoi fabriquer un plastique àpartir d’amidon?• L’amidon est un biopolymère par nature, renouvelable, obtenu d’une  gra...
L’amidon de triticale pour le TPS • Triticale   - Hybride du blé et du seigle, espèce résistante aux maladies et     adapt...
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Développement des nouveaux matériaux                                                                      Phase dispersée ...
Mélanges bioplastiques TPS-PLA                                                            Une seule étape d’extrusion pour...
Mélanges TPS-PLA: extrusion de feuilles                                                        33% TPS/PLA                ...
Mélanges TPS-PLA: fabrication depellicule                                                            Contrôle de la       ...
Mélanges TPS-PS: extrusion de feuillesde mousse                                                         Mousse PS conventi...
Comparaison des propriétésmécaniques                                                   Élongation              Matériau   ...
Films 100% TPS solubles dans l’eau                                              t=0                                       ...
Les temps de dégradation                          Matériau           Temps de dégradation                  Canette en alum...
Produits à base d’amidonthermoplastiqueApplications commerciales ou potentiels:• Emballages souples: sacs d’épicerie, T-Sh...
L’amidon plastifié en bref…• L’amidon thermoplastique est un bioplastique provenant de ressources  renouvelables qui peut ...
Les bioplastiques…valorisation derésidus•   Le développement de bioplastiques à partir de    la lignine    - La biomasse l...
Science et technologie        Questions?                                                  Des solutions                   ...
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Colloque québécois sur les bioplastiques – La plasturgie et les matériaux biosourcés

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Colloque québécois sur les bioplastiques – La plasturgie et les matériaux biosourcés

  1. 1. Institut des matériaux industriel La plasturgie et les matériaux biosourcés Nathalie Legros, Nathalie Chapleau et Hongbo Li 2 juin 2011, Colloque québécois sur les bioplastiques compostables, SherbrookeInstitut des matériaux industriels
  2. 2. Contenu• Le CNRC et les bioplastiques• De l’amidon aux mélanges à base d’amidon thermoplastique• La mise en forme et les propriétés• Les applications et produits commerciaux• Un parallèle avec d’autres plastiques biosourcésInstitut des matériaux industriels
  3. 3. Conseil national de recherches Canada• Principal organisme canadien en S&T qui rassemble une combinaison unique de programmes, d’expertise et d’équipements• Le CNRC joue un rôle de premier plan dans le développement dune économie innovatrice et fondée sur la connaissance• 20 instituts de recherche à travers le Canada• 4,000 + employés 1,200 chercheurs invités• 800$M budget 100$M revenu InstitutsR&D multidisciplinaire unique et solutions scientifiqueset technologiques intégrées Institut des matériaux industriels
  4. 4. Les bioproduits au CNRC:Un réseau importantSciences physiques Génie• Institut Herzberg dastrophysique • Centre de technologie des transports de• Institut des étalons nationaux de mesure surface• Institut de technologie de linformation • Institut des matériaux industriels• Institut des sciences des microstructures • Institut de recherche aérospatiale• Institut de technologie des procédés • Institut dinnovation en piles à combustible chimiques et de lenvironnement • Institut des technologies océaniques• Institut national de nanotechnologie • Institut de recherche en construction• Institut Steacie des sciences moléculaires Soutien technologique et industrielSciences de la vie • Programme daide à la recherche industrielle• Institut de recherche en biotechnologie • Institut canadien de linformation scientifique• Institut des sciences nutritionnelles et de la santé et technique• Institut du biodiagnostic• Institut des sciences biologiques Programme national (initiative horizontale)• Institut des biosciences marines • Initiative en génomique et en santé• Institut de biotechnologie des plantes • Programme national sur les bioproduits Institut des matériaux industriels
  5. 5. L’institut des matériaux industriels en bref L’IMI-CNRC opère 4 sites à travers le Canada, chacun ayant une combinaison unique d’expertise et d’équipements permettant d’entreprendre de la R-D stratégique en technologie des matériaux pour une économie durable et pour les priorités nationales CTA- Saguenay, QCPartenaires et clients : 200Entreprises en incubation : 22Employés : 250 IMI – Boucherville, QCTravailleurs invités : 200/annéeVisiteurs : 10,000/année Centre dexcellence en composites CMFA – London, ON Magna-CNRC – Concord, ON Institut des matériaux industriels
  6. 6. Bioproduits polymères• Développement de polymères et composites provenant de ressources renouvelables • Synthèse de polymères (amidon, lignine, huile..) • Formulation de systèmes de polymères et leur mise en forme (extrusion, moulage, compression, thermoformage, pellicules, étirage biaxial…) - Bioplastiques et mélanges - Composites à fibres naturelles (bois, lin, chanvre, triticale…) - Nanocomposites• Compréhension des relations entre mise en forme – microstructure – performance• Travaux sur les thermoplastiques et thermodurcissables• Secteurs d’application: emballage, agriculture, produits de commodité, transport, construction, aéronautique.Institut des matériaux industriels
  7. 7. Les polymères biodégradables POLYMÈRES BIODÉGRADABLES Issus de Issus de biotechnologie:Issus de la Issus de synthèse: micro-organismes: synthèse à partir debiomasse pétrochimie obtenus par monomères extraction renouvelablesCellulose Amidon Lignine Chitine CaséineCollagène PHB, PHBV PLA PCL Gluten (Polyhydroxyalkanoates) (Acide polylactique) (Polycaprolactone) etc… Bio-polyestersInstitut des matériaux industriels
  8. 8. Pourquoi fabriquer un plastique àpartir d’amidon?• L’amidon est un biopolymère par nature, renouvelable, obtenu d’une grande variété de cultures: - AN et EU: blé, triticale, maïs, pomme de terre, pois - AS: canne à sucre, racine de manioc - Asie: riz• Biodégradable, peu coûteux et très abondant dans le monde• L’amidon peut être plastifié et déstructuré par extrusion (T, ajout de plastifiants et cisaillement) 20 - 25% amylose Amidon thermoplastique (TPS): Comportement et mise 75 - 80% amylopectine en forme similaires aux plastiques conventionnels Polysaccharide naturelle Institut des matériaux industriels
  9. 9. L’amidon de triticale pour le TPS • Triticale - Hybride du blé et du seigle, espèce résistante aux maladies et adaptée au sols pauvres - Plante non-alimentaire au Canada, destinée à la bioraffinerie • Amidon de triticale - Propriétés comparables aux autres sources tel que le maïs et le blé - Grade d’amidon qui n’est pas en compétition avec la chaine alimentaire Triticale: plante industrielle au Canada Institut des matériaux industriels
  10. 10. Mise en oeuvre du TPS et des mélanges • Précédé d’extrusion réactive utilisé pour la transformation de l’amidon sous forme de poudre en TPS: - Technologie utilisant des équipements usuels d’extrusion - Mise à l’échelle facile pour une production industrielle - Peut-être utilisé avec différentes sources d’amidon • Le TPS est le + souvent mélangé à un 2ème polymère pour contrôler l’hygroscopie du matériau et ajuster les propriétés requises: - Plastique biodégradable (PLA, PHA…)  matériel compostable - Issu du pétrole  réduction des coûts, ajout d’un contenu vert - Le tout en une seule étape de malaxage Institut des matériaux industriels
  11. 11. Développement des nouveaux matériaux Phase dispersée Matrice d’amidon thermoplastique plastique (TPS) Issue du pétrole Bioplastique Polyéthylène (PE) Acide polylactique (PLA) Polypropylène (PP) Polyhydroxybutyrate (PHB) Polystyrène (PS) EVOH Défis:Polycaprolactone (PCL)  Domaines dispersés uniformément  Domaines de même taille, même forme  Bonne adhésion à l’interface Institut des matériaux industriels
  12. 12. Mélanges bioplastiques TPS-PLA Une seule étape d’extrusion pour obtenir un mélange de bioplastiques montrant une bonne morphologie 27%TPS dans TPS-PLA 60%TPS dans TPS-PLAPas de compatibilisation 300 Elongation at break (%) After Compatibilization 200 100Compatibilisation No Compatibilization 0 0 20 40 60 80 TPS Content (wt %) Institut des matériaux industriels
  13. 13. Mélanges TPS-PLA: extrusion de feuilles 33% TPS/PLA 67% TPS/PLA 33% TPS/PLA compatibilisé• Bonne qualité de surface et propriétés mécaniques des feuilles de PLA/TPS (même à 67% TPS) permettent un post étirage biaxial ou thermoformage 33% TPS/PLA• Emballages rigides compostables (contenants alimentaires ou autres) Institut des matériaux industriels
  14. 14. Mélanges TPS-PLA: fabrication depellicule Contrôle de la 10 µm viscosité du mélange • Bonne dispersion du TPS (33% TPS) • Amélioration du ‘’melt strength’’ pour fabrication de pellicule • Emballages souples, films agriculture… compostablesInstitut des matériaux industriels
  15. 15. Mélanges TPS-PS: extrusion de feuillesde mousse Mousse PS conventionnelle Mousse TPS-PS Extrudeuse bi-vis 50 mm • Feuilles de mousse de TPS-PS à cellules fermées et densité de mousse comparable au PS • Emballages rigides de mousse, PLA-TPS en développement Institut des matériaux industriels
  16. 16. Comparaison des propriétésmécaniques Élongation Matériau Module (MPa) à la rupture (%) PE 800 500 polyéthylène PS 3000 2 polystyrène PLA 2800 3 TPS/PLA 1000 175 Contrôle de la performance mécanique par TPS/PCL 180 900 l’ajout de TPS PHB 4000 5 Institut des matériaux industriels
  17. 17. Films 100% TPS solubles dans l’eau t=0 t=12hr Film à base d’amidon conventionnel t=12hr Grand potentiel pour les applications Film à base pharmaceutique et hygiénique d’amidon modifié soluble dans l’eau Institut des matériaux industriels
  18. 18. Les temps de dégradation Matériau Temps de dégradation Canette en aluminium 50 ans Gomme à mâcher 5 ans Papier 2 à 5 mois Bouteille en plastique 400 à 450 ans Bouteille en PLA moins de 6 mois* Sac en amidon 3 semaines à 2 mois* Ordre de grandeur seulement! Institut des matériaux industriels
  19. 19. Produits à base d’amidonthermoplastiqueApplications commerciales ou potentiels:• Emballages souples: sacs d’épicerie, T-Shirt, emballages industriels, paillis et films agricoles…• Emballages rigides: • Contenants thermoformés (moussés ou non): bols, verres (breuvages froids), articles alimentaires • Pièces moulées: ustensiles, contenants jetables... • Expansé: barquettes, plateaux, matériel de bourrage pour emballage,…• Articles en plastiques: botanique (pot de repiquage), produits pour les industries pharmaceutiques et hygiène Institut des matériaux industriels
  20. 20. L’amidon plastifié en bref…• L’amidon thermoplastique est un bioplastique provenant de ressources renouvelables qui peut être: • Utilisé seul • Incorporé à d’autres bioplastiques: - Possibilité de moduler les propriétés mécaniques, barrières, hygroscopiques - Potentiel de moduler le temps de dégradation (compostage) - Réduire les coûts • Incorporé à des pastiques issus du pétrole: - Améliorer le développement durable par l’ajout d’un contenant ‘’vert’’ - Contrôler les coûts de matières premières• Facilement utilisable sur des équipements conventionnels de plasturgie (extrusion, injection, moulage ...)• Matériaux commerciaux à base d’amidon : Mater-Bi (Novamont, Italie), Biotec (Sphere, France), Plantic (Plantic, Australie), Biolice (Limagrain, France) début phase de production, Solanyl (Rodenburg, Pays Bas), Earth Shell (États-Unis) Institut des matériaux industriels
  21. 21. Les bioplastiques…valorisation derésidus• Le développement de bioplastiques à partir de la lignine - La biomasse la + abondante après la cellulose, intéressante pour les bioplastiques - Un résidu de l’industrie des pâtes et papier à valoriser - Une structure chimique très complexe, inhomogène - Des applications différentes mais complémentaires• Le développement de bioplastiques à partir de résidus provenant de la conversion des algues en bioéthanol Institut des matériaux industriels
  22. 22. Science et technologie Questions? Des solutions pour l’avenir des CanadiensInsérez le nom de votre I/D/P, titreInstitut des matériaux industriels ou slogan 22
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