Les emballages en plastique sont omniprésents dans notre monde, leurs déchets finissant dans les décharges et polluant les océans, où ils peuvent mettre des siècles à se dégrader.
Pour alléger ce fardeau environnemental, l’industrie s’est efforcée d’adopter des biopolymères renouvelables à la place des plastiques traditionnels. Cependant, les développeurs d’emballages durables ont été confrontés à des obstacles pour bloquer l’humidité et l’oxygène, une barrière essentielle à la protection des aliments, des produits pharmaceutiques et des appareils électroniques sensibles.
Aujourd'hui, des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont développé un film biologique fabriqué à partir d'ingrédients naturels présents dans les plantes, les champignons et les déchets alimentaires, capable de bloquer l'humidité et l'oxygène aussi efficacement que les plastiques conventionnels. Leurs conclusions ont été récemment publiées dans Matériaux polymères appliqués ACS.
« Nous utilisons des matériaux déjà abondants dans la nature et qui s'y dégradent pour produire des emballages qui ne pollueront pas l'environnement avant des centaines, voire des milliers d'années », a déclaré Carson Meredith, professeur à l'École de génie chimique et biomoléculaire de Georgia Tech (ChBE@GT) et directeur exécutif du Renewable Bioproducts Institute. « Nos films, composés de composants biodégradables, rivalisent ou dépassent les performances des plastiques conventionnels pour conserver la fraîcheur et la sécurité des aliments. »
L'équipe de recherche de Meredith travaille depuis plus d'une décennie pour développer des barrières écologiques contre l'oxygène et l'eau pour les emballages. Alors que des recherches antérieures utilisant des biopolymères se sont révélées prometteuses, une humidité élevée a continué à affaiblir les propriétés de barrière.
Cependant, Meredith et ses collaborateurs ont trouvé une solution en utilisant un mélange de ces ingrédients naturels : la cellulose (qui donne leur structure aux plantes), le chitosane (dérivé de déchets alimentaires à base de crustacés ou de champignons) et l'acide citrique (d'agrumes).
« En réticulant ces matériaux et en ajoutant un traitement thermique, nous avons créé un film mince qui réduit à la fois la transmission de l'humidité et de l'oxygène, même dans des conditions chaudes et humides simulant les tropiques », a déclaré l'auteur principal Yang Lu, ancien chercheur postdoctoral au ChBE@GT.
La technologie de barrière développée par les chercheurs se compose de trois composants principaux : un polymère glucidique pour la structure, un plastifiant pour maintenir la flexibilité et un additif hydrofuge pour résister à l'humidité. Lorsqu'ils sont moulés en films minces, ces ingrédients s'auto-organisent au niveau moléculaire pour former une structure dense et ordonnée qui résiste au gonflement ou au ramollissement sous une humidité élevée.
Même à 80 % d'humidité relative, les films présentaient une perméabilité à l'oxygène et une transmission de la vapeur d'eau extrêmement faibles, égalant ou surpassant les plastiques courants tels que le poly(téréphtalate d'éthylène) (PET) et le poly(alcool éthylène vinylique) (EVOH).
« Notre approche crée des barrières non seulement renouvelables, mais également mécaniquement robustes, offrant une alternative prometteuse aux plastiques conventionnels dans les applications d'emballage », a déclaré Natalie Stingelin, professeur et présidente de l'École de science et d'ingénierie des matériaux (MSE) de Georgia Tech et professeur à ChBE@GT.
