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Des nanoparticules de silicates pour accroître l'effet barrière

CYRIENNE CLERC

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Lanxess a mis au point avec le Durethan KU2-2601 un nouveau matériau à base de polyamide dont la barrière est assurée par un réseau de nanoparticules. Une solution qui vient en concurrence directe de l'Evoh.

Conserver le plus longtemps possible la fraîcheur des aliments sensibles comme la viande ou le fromage, dont les graisses se détériorent au contact de l'oxygène entraînant des phénomènes de rancissement ou une altération de la couleur. Tel était l'objectif de Bayer Polymers - dont les activités polyamides sont désormais intégrées dans Lanxess - lorqu'il a mis au point, en collaboration avec Nanocor, le spécialiste américain des polyoléfines nanocomposites, un polyamide 6 enrichi en nanoparticules de silicates. Destiné essentiellement à l'emballage alimentaire, ce matériau, extrudé et transformé en films, baptisé Durethan KU2-2601, améliore nettement les propriétés barrière et protège la nourriture contre l'infiltration de liquides et de gaz. L'adjonction de nanoparticules de silicates forme une sorte de « labyrinthe intégré au polyamide qui limite le passage des molécules indésirables d'oxygène au travers du film », explique Ralph Ulrich, du département recherche polyamide de Lanxess.

Traitement chimique

Les nanoparticules de silicate sont modifiées chimiquement afin de remplacer les ions métalliques qui les relient entre elles par un acide organique. Ce qui permet d'ouvrir ces particules et d'obtenir une diffusion plus homogène à l'intérieur du polyamide. Reste à intégrer ces plaquettes microscopiques de silicate. Avant de passer à la polymérisation, Lanxess mélange les nanoparticules de silicates, fournies par Nanocor, au caprolactame, la matière première du polyamide, à l'état liquide.

Lors de la phase d'extrusion, pour la transformation du matériau en film, les plaquettes de silicate s'orientent horizontalement formant une barrière. Au microscope, on constate que le film est enrichi d'un réseau de plaquettes de silicates de quelques nanomètres d'épaisseur et de un micromètre de large. Une taille maximale, car « l'utilisation de plaquettes de silicate plus épaisses, entraînerait une rigidité du film », précise Ralph Ulrich.

Les producteurs de films proposent souvent des matériaux multicouches. Jusqu'à 15 couches ou plus en fonction des caractéristiques demandées. Ils utilisent essentiellement le polyéthylène (PE), considéré comme le plastique de référence pour conserver l'humidité à l'intérieur de l'emballage.

Un concurrent de l'EVOH

Mais le PE a tendance à laisser entrer l'oxygène. D'où le recours au polyamide, plus imperméable ou, pour les produits les plus sensibles, à l'Evoh (copolymères éthylène/alcool vinylique) dont les propriétés barrière sont exceptionnelles. Cependant ce matériau est coûteux.

Le nouveau polyamide hybride est « deux fois plus imperméable aux gaz et à l'oxygène que le polyamide standard », souligne le groupe allemand. Ainsi, « ses qualités barrière se situent à mi-chemin entre celles du polyamide simple et de l'Evoh », souligne Ralph Ulrich. Ce matériau crée également une barrière aux UV et à l'évaporation tout en maintenant une certaine stabilité thermique. D'autre part, « ces minuscules particules ont un effet sur le caractère cristallin du plastique en améliorant la microstructure du film. La diffusion de la lumière, qui rend le film un peu trouble, est réduite », explique Ralph Ulrich. D'où un effet plus brillant.

« Ce matériau nous a permis de gagner des marchés qui nous étaient auparavant fermés. En effet, son prix est nettement inférieur à celui de l'Evoh et permet cependant d'améliorer l'effet barrière », explique Wipak, l'un des leaders sur le marché des films barrière. La société l'utilise dans ses emballages multicouches, essentiellement pour la conservation du fromage et de la viande. Un autre créneau concerne les jus de fruits en briques.

Lanxess étudie d'autres applications, notamment pour la fabrication de pièces d'automobile. L'intégration d'un peu plus de 5 % de nanoparticules de silicate dans les pièces en plastique polyamide permettrait, selon le groupe, d'obtenir une meilleure résistance à la chaleur et une rigidité accrue sans passer par l'adjonction d'additifs minéraux en grande quantité.

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