Le développement de la technologie des biopolymères

19 avril 2023

10h33

Les impératifs environnementaux tels que l'ambition de l'UE de devenir le premier continent neutre en carbone d'ici 2050 sont importants pour l'industrie des non-tissés, et l'introduction de nouveaux matériaux nécessite la contribution et la collaboration d'ingénieurs en matériaux, textiles, chimistes et mécaniques. En tant que domaine naturel de recherche appliquée pour l'équipe multidisciplinaire d'experts du NIRI, Steven Neill, directeur de la technologie au NIRI, examine le développement de la technologie des biopolymères et met en évidence les installations de laboratoire à l'échelle prototype qui contribuent à rendre de nouveaux matériaux commercialement viables, avec un risque financier moindre.

La demande de réduction des émissions de CO2, à l'échelle mondiale, inclut celles générées par la production de polymères, la production de tissus non tissés, les processus de conversion et d'assemblage de produits, ainsi que les problèmes de fin de vie des produits. Les fabricants sont de plus en plus obligés de se concentrer sur une série de facteurs de production. La sélection des matières premières, le passage aux énergies renouvelables et la réduction de la consommation globale d'énergie sont des préoccupations majeures. De même, la gestion des déchets avant consommation pendant le processus de fabrication, ainsi que la volonté de réduire les processus gourmands en eau et de mieux gérer la gestion des eaux usées constituent des problèmes de production urgents. Parallèlement à la production, les fabricants sont de plus en plus obligés de prendre en compte le cycle de vie des produits à plus long terme, y compris la réutilisation ; le recyclage et le retour des matériaux dans le cycle de production, ou le retour des matériaux dans l'écosystème naturel.

Dans ce contexte, l'abandon des matériaux dérivés des combustibles fossiles au profit de matériaux alternatifs entraîne une transformation des non-tissés, mais s'accompagne de nombreux défis, qu'il s'agisse d'adapter de nouveaux matériaux aux techniques de traitement conventionnelles ou d'adapter les techniques de traitement actuelles à de nouveaux matériaux. La croissance et le développement des biopolymères représentent une alternative évidente aux plastiques dérivés des combustibles fossiles, applicable dans une multitude de secteurs. Sous leur forme naturelle, les biopolymères ont été utilisés tout au long de l’histoire : fibres et liants naturels, en grande partie d’origine animale, végétale ou minérale. Mais en ce qui concerne les biopolymères alternatifs, pour la formation de fibres/filaments, il existe actuellement une gamme d'options disponibles, notamment :

La technologie de formation de la bande appropriée pour chacune de ces options varie, par exemple le cardage, l'airlaying, le wetlaying, le meltblowing et le spunbonding. Bien qu’il s’agisse de processus bien établis, l’introduction de nouveaux matériaux dans un secteur ou une gamme de produits présente des défis majeurs. Réaliser un traitement et une conversion sans problème de nouveaux matériaux à l’aide d’équipements conventionnels constitue l’un de ces défis. L'approche alternative actuelle consiste à adapter l'équipement conventionnel pour obtenir un traitement sans problème. Quelle que soit la voie choisie, pour que les nouveaux matériaux soient commercialement viables, ils doivent répondre aux spécifications et aux exigences de performance des matériaux et produits qu’ils doivent remplacer.

Combiner des matériaux présentant les propriétés requises dans un mélange combinant le meilleur des deux matériaux est une option pour surmonter ces défis et obtenir les performances souhaitées. Alternativement, des additifs de processus ou de performance peuvent être ajoutés soit pendant la préparation des matières premières, soit pendant le traitement. Le mélange peut être effectué au cours de l'étape de préparation du polymère (compounding), en mélangeant différents types de fibres avant le cardage, l'airlaying ou le wetlaying. Lors de la pose humide, des additifs de traitement peuvent être ajoutés à la suspension de fibres, tandis que des agents améliorant les performances sous des formes non fibreuses telles que des poudres peuvent être ajoutés pendant le processus de dépôt des fibres ou dans les bandes formées.

En examinant ces options de processus, Neill souligne l'importance de l'investissement du NIRI dans la technologie de laboratoire : « Les laboratoires du NIRI sont particulièrement équipés d'équipements à l'échelle du prototypage pour évaluer la transformabilité, explorer les combinaisons de polymères avec des additifs de traitement et de performance, et optimiser les conditions de processus pour l'extrusion de biopolymères. filaments, tissus non tissés filés et soufflés par fusion.