Conception raisonnée à l’aide de la formulation et du procédé d’un film souple biosourcé et biodégradable pour l’emballage alimentaire

Rational design of a biobased and biodegradable film for food packaging application using formulation and process

• Auteur / Autrice : Alexandre Ruellan
• Direction : Sandra Domenek, Cyrille Sollogoub, Violette Ducruet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 26/05/2015
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie Procédés Aliments (2009-2019)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Bruzaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Averous, Jean-Marie Raquez, Roland Séguéla
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Averous, Jean-Marie Raquez
• DOI : 10.70675/7c8336e4zc47dz41f6zba49z7a7f4797703a

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères biosourcés

Conception technique

Évaluation

Propriétés physico-chimiques

Emballage

Contrôle de la qualité

Essais

Mots clés libres

Polylactide

Co-Produits de l'huilerie

Poly(hydroxybutyrate-Co-Valérate)

Film souple

Emballage alimentaire

Biosourcé

Biodégradable

Propriétés mécaniques

Polylactide

Oil mill by-Products

Poly(hydroxybutyrate-Co-Valerate)

Food packaging film

Biobased

Biodegradable

Mechanical properties

Résumé

L'utilisation de ressources renouvelables et la production de matériaux biodégradables sont des solutions adaptées afin de diminuer l'impact environnemental du secteur des plastiques. Il existe donc une demande du marché pour des produits écoresponsables, à condition que ces derniers soient techniquement et économiquement compétitifs par rapport aux matériaux classiquement utilisés. Dans le domaine de l'emballage alimentaire, une technique très employée permettant la réalisation de matériaux performants est la création de structures multicouches combinant avantageusement les propriétés de différents thermoplastiques. Néanmoins, de tels matériaux multi-matières sont difficilement recyclables, leur biodégradabilité devient alors une propriété pertinente. Cette étude propose la réalisation de films souples biosourcés et biodégradables pour l'emballage alimentaire, à partir du polylactide et de coproduits de l'huilerie en tant qu'additifs, notamment les condensats de désodorisation. Parmi ces derniers, la solubilité partielle de leurs molécules ainsi que l'effet synergique des constituants liquides et solides à température ambiante, en fonction de la longueur et du degré d'insaturation de leurs chaînes alkyles, ont été montrés comme responsables de l'augmentation de la ductilité du PLA, permettant néanmoins de conserver sa vitrosité à température ambiante et son intéressante rigidité. L'ajout de PHBV au PLA formulé avec les coproduits de l'huilerie a également été étudié, engendrant principalement une amélioration significative de la tenue thermomécanique du matériau. Des essais d'accroissement d'échelle comprenant la production de granulés, l'extrusion à plat de films ainsi que leur impression sur des machines industrielles ont été réalisés. Enfin, avec l'aide du Laboratoire National de Métrologie et d'Essais (LNE), la conformité du film développé avec les exigences légales concernant les matières thermoplastiques destinées au contact des aliments, mais également son aptitude à la biodégradation selon la norme EN 13432, ont été vérifiées.

The use of renewable resources and the production of biodegradable materials are appropriate solutions to reduce the environmental impact of the sector of plastics. There is thus a demand for eco-friendly products on the market provided they obtain performance equal or superior to synthetic materials currently used. One possibility, widely used in the food sector, to achieve efficient packaging film is the creation of multilayer structures by combining advantageous properties of different plastics. In this case, recycling of materials is difficult and the biodegradability of the packaging becomes relevant. This study proposes designing biobased and biodegradable films for food packaging from polylactide and co- products of the oil mill industry as additives, in particular the deodorization condensates. Among these lasts, the partial solubility of their molecules and the synergetic effect of the liquid and solid fat components at room temperature, depending on their alkyl chain length and unsaturation ratio, have both been observed to be responsible for the ductility increase, while the higher than room temperature glass transition of PLA and its interesting rigidity were retained. Addition of PHBV to the formulated PLA with oil by-products has also been studied, mainly leading to a significant improvement in the thermomechanical resistance of the material. Scaled-up trials comprising the production of formulated pellets, cast extruded films and their printing using industrial devices were performed. Finally, with the help of the “Laboratoire National de Métrologie et d’Essais” (LNE), the compliance with requirements of Food Contact Material regulation of a formulated film of PLA, as well as its biodegradability according to the EN 13432 standard, have both been proved.