dr stéphane leconteptt issue de 1,3-pdo biosourcé pbt issue d’acide succinique biosourcé pet...
TRANSCRIPT
Dr Stéphane [email protected]
État de l’art sur les Bioplastiques
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 1 / 66
[email protected] de Recherche Matériaux Procédés
L. Cauret, A. Balquet, D. Jouannet, T. Falher, S. Leconte
Alençon, 2010
Aluminium (9 Mt)
1% Briques et Tuiles (190
Mt)
21%
Verre (30 Mt)
papier et carton (100
Mt)
11%
plastiques (60 Mt)
6%
Bois (90 Mt)
10%
•• Introduction Introduction -- Industrie du plastique Industrie du plastique •• Production de matières en vrac (EUProduction de matières en vrac (EU--27)(2004)27)(2004)
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 2 / 66
Ciments (240 Mt)
25%
Acier brut (200 Mt)
22%
Verre (30 Mt)
4%
Source : European Bioplastics
•• Introduction Introduction -- Industrie du plastique Industrie du plastique •• Productions mondiale et européenne de Productions mondiale et européenne de
plastiquesplastiques
Production globale
245 Mt
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 3 / 66
Source : PlasticsEurope, 2007
•• Introduction Introduction -- Industrie du plastiqueIndustrie du plastique•• Productions mondialeProductions mondiale
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 4 / 66
Source : European Bioplastics, PlasticsEurope
•• Introduction Introduction -- Industrie du plastiqueIndustrie du plastique•• ContexteContexte
Le plastique fait partie du quotidien
PE, PP, PVC, PS : plus de la moitié de la production mondiale de
polymère de synthèse
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 5 / 66
polymère de synthèse
Une voiture contient en moyenne 10% en masse de plastique.
Source : BASF, NNFCC
•• Introduction Introduction -- Industrie du plastiqueIndustrie du plastique•• ProblématiquesProblématiques
Diminution des réserves de pétrole facilement accessibles (disponibilité,
hausse du prix)
Questions environnementales (gestion de fin de vie, consommation
d’énergie, émission de CO )
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 6 / 66
d’énergie, émission de CO2)
Dégradation des matériauxDégradation des matériaux
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 7 / 66
•• État de l’art sur les BioplastiquesÉtat de l’art sur les Bioplastiques•• Influence du prix du baril de pétrole sur le Influence du prix du baril de pétrole sur le
développement des bioplastiquesdéveloppement des bioplastiques
Seuil de concurrence du pétrolecomme matière première atteint
Utilisation de matières premièresrenouvelables comme alternatives
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 8 / 66
Source : McKinsey & Company
Sac plastique : symbole de la pollution visuelle
•• État de l’art sur les BioplastiquesÉtat de l’art sur les Bioplastiques•• Pressions environnementalesPressions environnementales
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 9 / 66
Principale difficulté : Apprendre aux personnes à sedébarrasser de leurs déchets en respectantl’environnement.
Source : Sphère
Suppression par les chaînes européennes desupermarché des sacs de sortie de caisse gratuits etremplacement par des sacs réutilisables ou biodégradables.
•• État de l’art sur les BioplastiquesÉtat de l’art sur les Bioplastiques•• Pressions environnementalesPressions environnementales
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 10 / 66
Pression des ONG pour réduire la consommation de
sacs plastiques à utilisation unique et recommandation pour
l’utilisation des sacs réutilisables ou biodégradables.
Source : Sphère
1ère cible : Sac plastique
Nouvelle cible : tous les plastiques !
•• État de l’art sur les BioplastiquesÉtat de l’art sur les Bioplastiques•• Pressions environnementalesPressions environnementales
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 11 / 66
Nouvelle cible : tous les plastiques !
Photo : Jade Latargère - MexicoSource : Sphère
•• État de l’art sur les BioplastiquesÉtat de l’art sur les Bioplastiques•• Pressions réglementairesPressions réglementaires
Sur les sacs plastiques :
Janvier 2006 France décide d’interdire les sacs de sortie de caisse non-biodégradables à partir du 1er janvier
2010
Juillet 2007 Belgique crée une “Écotaxe” de 3€/kg sur les sacs sortie de caisse et de 3.6€/kg sur les déchets
plastiques. Les sacs plastiques biodégradables qui répondent à la norme européenne EN 13432
sont exonérés de cette “Écotaxe”.
Avril 2008 Australie décide de bannir les sacs plastiques gratuits à partir du 1er Janvier 2009
Août 2008 Los Angeles décide d’interdire les sacs plastiques non-biodégradable à partir du 1er Juillet 2010
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 12 / 66
Sur les films agricoles :
Avril 2004 Italie réduit la TVA de 4% sur les films agricoles biodégradables
Mai 2008 Espagne donne 30% subventions aux utilisateurs de film de paillage biodégradables
Sur les emballages plastiques :
Juin 2005 Allemagne annule la taxe “Point Vert” pour tous les emballages plastiques qui sont
conformes à la norme européenne EN 13432:2000 (emballage compostable) – en 2007 la taxe
sur les emballages plastiques représente 1.296€/kg
Source : Sphère
•• État de l’art sur les BioplastiquesÉtat de l’art sur les Bioplastiques•• IntroductionIntroduction
Food62%
Wood for energy,paper, furniture
andconstruction
33%
3.5%
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 13 / 66
33%
Non-food use(clothing, chemicals)
5%
Source : European Bioplastics
1500
2000
2500
3000
3500C
apac
ité d
e pr
oduc
tion
(Kt) Capacité totale (t)
Bioplastique non
compostable (t)
Bioplastique
compostable (t)
•• État de l’art sur les BioplastiquesÉtat de l’art sur les Bioplastiques•• Capacité de production globale des bioplastiquesCapacité de production globale des bioplastiques
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 14 / 66
0
500
1000
1500
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Cap
acité
de
prod
uctio
n (K
t)
compostable (t)
Source : European Bioplastics
•• État de l’art sur les BioplastiquesÉtat de l’art sur les Bioplastiques• Capacité de production mondiale de bioplastiques
biodégradable
Amérique du Nord80 000 t
Europe 140 000 t
Afrique100 t
Asie40 000 t
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 15 / 66
Amérique du Sud500 t
100 t
Australie5 000 t
Source: Nova-Institut 2007
Capacité mondiale en 2007 :
265 000 t/an
•• État de l’art sur les BioplastiquesÉtat de l’art sur les Bioplastiques• Capacité de production mondiale de bioplastiques
biodégradable
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 16 / 66
Source : Bioplastics magazine, 2007
Quelles perspectives pour les bio-polymères ?
Capacités de production 2007 - 2011
Consommation européenne 2007 (tonnes)
Bioplastiques 50 - 100 000
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 17 / 66
Source: European bioplastics11 nov. 2009
Bioplastiques 50 - 100 000
Autres Plastiques 48 000 000
•• État de l’art sur les BioplastiquesÉtat de l’art sur les Bioplastiques•• Origine et fin de vieOrigine et fin de vie
Biotec (Bioplast)BIOP (Bio-Par)Kelheim (Galaxy)Enka (Enka viscose)
Innovia (Nature Flex)Tate & Lyle / Hycail
IFS chemicals
Rodenburg (Solanyl)PaperFoam
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 18 / 66
Novamont (Mater-Bi)
Mazzuchelli (Setilithe, Plastiloid,
Bioceta)
Limagrain (Biolice)Arkema (Rilsan 11)
RoquetteSolvay (Epicerol)
Enka (Enka viscose)Albis Plastics (Cellidor)Biomer
IFS chemicals
Merquinsa(ECO)
Total & Galactic
Glanzstoff (Viscord Bohemia ou Austria)
Livan
•• État de l’art sur les BioplastiquesÉtat de l’art sur les Bioplastiques•• Capacité de production en EuropeCapacité de production en Europe
Amidon
150
200
250
Cap
acité
de
prod
uctio
n (K
t p.a
.)
Mater-Bi (IT)
Bioplast (DE)
Limagrain (FR)
Cellulose
8
10
12
14
16
Cap
acité
de
prod
uctio
n (K
t p.a
.)
NatureFlex (UK)
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 19 / 66
0
50
100
2003 2007 2009 2013 2020
Cap
acité
de
prod
uctio
n (K
t p.a
.)
0
2
4
6
2003 2007 2009 2013 2020
Cap
acité
de
prod
uctio
n (K
t p.a
.)
1 terme - 2 notions
Fin de vie du matériau Source
Beaucoup de définitions - Beaucoup de confusion
« Polymère biodégradable » « Polymère issu
•• Bioplastique Bioplastique -- DéfinitionDéfinition
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 20 / 66
« Polymère biodégradable »
Peu de normesEN 13432:2000 (emballage)
« Polymère issude ressources
renouvelables »
Biosourcé
•• Autres définitionsAutres définitions
Biodégradable
Un matériau est dit « biodégradable », si ce dernier est
dégradé par des microorganismes.
ASTM D-5488-84d
Norme NF U 52001 relative aux «Matériaux biodégradables pour l’agriculture et
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 21 / 66
Norme NF U 52001 relative aux «Matériaux biodégradables pour l’agriculture et
l’horticulture» avec spécifications pour les produits de paillage.
Principale norme qui fait référence : NF EN 13432:2000 « Caractérisation des emballages
valorisables par compostage et biodégradation ».
Source : BASF
Biomatériau
Matériau utilisé et adapté pour les applications médicales.
Matériau compatible avec le domaine vivant.
Ex. Poly(acide lactique).
Polymère oxo-dégradable (parfois appelé oxo-biodégradable)
•• Bioplastique Bioplastique –– Autres définitionsAutres définitions
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 22 / 66
Polymère oxo-dégradable (parfois appelé oxo-biodégradable)
Thermoplastique additivé (agent oxydant, ex. dithiocarbamate de fer) pour
favoriser la dégradation par fragmentation du matériau.
Matériau ne répondant pas à la norme EN 13432:2000.
••NormeNorme NFNF ENEN 1343213432 «Exigences«Exigences relativesrelatives auxaux emballagesemballagesvalorisablesvalorisables parpar compostagecompostage etet biodégradationbiodégradation »»
Relative à la Directive 94/62/CE « Emballages et déchets d’emballage »
– Critères de base de la norme :
Biodégradabilité
� Taux de décomposition à atteindre : 90% en moins de 6 mois
� H2O, CO2, et/ou Méthane
Désintégration
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 23 / 66
Désintégration
� Fraction de résidus non désintégrés (taille supérieure à 2 mm)
après 3 mois en présence de déchets organiques : moins de 10% de
la masse initiale
Taux de métaux lourds et effet sur la qualité du compost
Normes ISO BiodégradabilitéNormes ISO Biodégradabilité
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 24 / 66
EN ISO 14851:2004 (aqueux, système aérobie, mesure de l’oxygène consommé),
EN ISO 14852:2004 (aqueux, système aérobie, mesure du CO2 dégagé),
EN ISO 14853:2004 (aqueux, anaérobie), 17556 :2004 (sol) et 14855:2005 (compost).
Norme ASTM D6866Norme ASTM D6866Calcul du pourcentage de carbone Calcul du pourcentage de carbone biosourcébiosourcé
Connaissant la période radioactive du 14C etson activité initiale, la mesure de son activitéau temps t permet de dater un objet ou unmatériau.
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 25 / 66
Source : SGS Multilab
Finlande
France
NF Environnement
(AFNOR)
Japon
Green PLA
(Japan BioPlastics Association)
U.S.A
DIN V 54 900(DIN Certco)
Allemagne
Belgique
Les labels (compostage)Les labels (compostage)
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 26 / 66
Finlande
EN 13 432(Jätelaitosyshdistys)
U.S.A
ASTM D6400(Biodegradable Products
Institute)
EN 13 432(AIB Vinçotte)
Belgique
BioplastiqueBioplastique
Matériau polymèreMatériau polymère
BiosourcéBiosourcé Biosourcé Biosourcé
Ressource pétrolifèreRessource pétrolifèreetet
biocompostablebiocompostable
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 27 / 66
etetbiocompostablebiocompostable
Ex. PLA, PHAEx. PLA, PHA
et et non biodégradablenon biodégradable
Ex. PAEx. PA--11, PU, PE vert11, PU, PE vert
PCL, PBSPCL, PBS
Biosourcé
Ressourcepétrolifère
Bioplastique
Matériau polymère
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 28 / 66
Polymèresextraits de la Biomasse
Polysaccharides,Amidon
PHA
Polymères produitspar des microorganismes
Monomèresbiosourcés
PLA
•• État de l’art sur les BioplastiquesÉtat de l’art sur les Bioplastiques•• Origine et fin de vieOrigine et fin de vie
Bio
com
post
able
bioc
ompo
stab
leto
tale
men
tbi
ocom
post
able
Mélanges amidon (avec copolymèresbiodégradables d’origine biosourcé)
PLA PHA PO3G
Mélanges PLA / PHA
TPS Cellulose régénérée
Acétate de cellulose
Acétate d’amidon
Mélanges amidon (avec copolymères d’origine
fossile biodégradables)
Mélanges PLA (avec copolymères d’origine
fossile biodégradables)
PBS PBSL
PBSA PCL
PBST PBSAT
PTMAT PCBS
PE biosourcé
Mélange amidon (avec polyoléfines)PA 610
PTT issue de 1,3-PDO biosourcéPBT issue d’acide succinique biosourcé
PET issue d’éthylène biosourcé
PE PP
PET PBT
PA6, 66 PVC
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 29 / 66
Bio
com
post
able
non
bioc
ompo
stab
le
Totalementde ressource fossile Partiellement biosourcé Totalement biosourcé
Origine
PE biosourcé
PA 11
PB biosourcé
PET issue d’éthylène biosourcéPEIT issue de sorbitol et d’éthylène biosourcé
PVC issue d’éthylène biosourcéPUR issue de polyol biosourcé
résine époxyde issue de glycérol biosourcéABS issue d’acide succinique biosourcéSBR issue d’acide succinique biosourcé
Résine alkyde
PA6, 66 PVC
PUR ABS
Résines époxydes
Caoutchouc synthétique
etc
Biodégradable / compostable mais
non biosourcé (exemples):
-Polyesters Synthétiques - BASF, Mitsubishi…
Biodégradable / compostable et biosourcé (exemples):
-Poly(lactide) PLA -NatureWorks Ingeo, Total-Galactic, Mitsui,
Biosourcé mais non-biodégradable (exemples):
-Polymères base Bio-PDO -DuPont
Matériau polymère
Principaux acteurs industrielsPrincipaux acteurs industriels
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 30 / 66
- BASF, Mitsubishi…
- Poly(alcool vinylique)
Mitsui,
-Matériau base amidon -Novamont, SPhere-Biotec, Plantic,
-Matériau base cellulose -Innovia,
-Compounds / blends PLA -BASF, FKUR,
-Poly(hydroxyalcanoate) PHA -Telles, Kaneka, Biomer, Tianan
-PE filière Bioéthanol-Braskem, DOW
-PVC filière Bioéthanol-Solvay
-Poly(amide) PA-6,10 / PA-11
-Arkema, BASF
Exemples des matériaux commercialesExemples des matériaux commerciales
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 31 / 66
Les prix des matières plastiquesLes prix des matières plastiques
€/kg
PE 0,8 – 1,1
PP 1,0 – 1,1
PS 1,0 – 1,1
PVC 1,0 – 1,5
PET 0,9 – 1,1
PLA 3,0 – 4,0
Bio
plas
tique
s
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 32 / 66
PLA 3,0 – 4,0
PHA 5,0 – 6,0
Amidon 1,0 – 1,5
PBS 4,5 – 5,0
Bio
plas
tique
s
Développement des BioplastiquesDéveloppement des Bioplastiques
Abbrév . famille
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 33 / 66
Source: Agro-Food Valley
Stade R&D/Pilote
Abbrév . famille
Nylon Poly(amide-6,6)
PLA Poly(acide lactique)
PTT Poly(triméthylènetéréphthalate)
PBT Poly(buthylènetéréphthalate)
PBS Poly(buthylènesuccinate)
PBSA Poly(buthylènesuccinate-co-adipate)
PHB Poly(hydroxybutyrate) (famille PHA)
PHBV Poly(hydroxybutyrate –co-hydroxyvalérate) (famille PHA)
PHBHx Poly(hydroxybutyrate –co-hydroxyhexanoate) (famille PHA)
Les ressources de demain ?
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 34 / 66
Production de 100 KT de PLASource de carbone
Betterave Blé Maïs
Surface à allouer (ha) 18000 48000 30700
% de la surface cultivé pour cette plante en EU 15
0.85 0.5 0.75
Tonnage équivalent (KT) 950 330 260
Revenus équivalent (millions euros) 38 38 34
Cout MP par kg PLA (euro) 0.38 0.38 0.34
Ressources agricoles pour la production de PLA (2005)Ressources agricoles pour la production de PLA (2005)
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 35 / 66
1 kg de plante donne x kg de PLA 0.105 0.300 0.385
1 kg de PLA nécessite y kg de plante 9.5 3.3 2.6
3,2 tonnes de PLA /ha de maïs3,2 tonnes de PLA /ha de maïs5,55 tonnes de PLA /ha de betteraves et nécessitant 485 kg/ha de pétrole 5,55 tonnes de PLA /ha de betteraves et nécessitant 485 kg/ha de pétrole (engrais, carburant, mécanisation, pesticides)(engrais, carburant, mécanisation, pesticides)
Source : Agrofoodvalley
Chanvre LinFilasse
Jute
Kenaf
chènevotte
Chanvre
Chanvre
Bois
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 36 / 66
chènevotte
Miscanthus
Bois
Chanvre
Chanvre5 mm
Miscanthus
LinFilasse 5 mm
chènevotte
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 37 / 66
Les fibres naturellesLes fibres naturelles
Origine végétale
Graines coton, kapok
Tiges lin, ramie
Feuilles sisal, abaca
Fruits noix de coco
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 38 / 66
Fibresnaturelles
Origine animale
Laine mouton
Poils alpaga
Sécrétions soie
Origine minérale amiante
Poly-saccharides
Protéines, lipides
Polyhydroxyalcanoates(PHA)
Polylactides Polycaprolactones,PCL
PolyesteramidesPEA
Copolyesters
Poly(acide lactique)
PLA
Poly(hydroxybutyrate)PHB
Ploy(hydroxybutyrate-co-valérate)
Animal :Caséine,
Collagène,gélatine
Amidon :Blé,Maïs
Pomme de T
Produits issus de la biomass d’agro-ressource
De micro-organismes (obtenus par extraction)
De biotechnologie (synthèse chimique à partir de monomères
biosourcés)
De pétrochimie (synthèse chimique
de monomères synthétiques)
Polymère biodégradable / biocompostable
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 39 / 66
CopolyestersAliphatiquesEx. PBSA
Coplyestersaromatiques
Ex. PBAT
co-valérate)PHBV
gélatine
Plante :Zéine,Soja,
glutène
Pomme de T
Produits ligno-
cellulosiquesBois,
Pailles,…
Autres :Pectines,
Chitosanes,Chitines,Gums,…
Les Poly(acide lactique)Les Poly(acide lactique)
CornStarch
L-lactic acid
Ring-openingpolymerisation
fermentation
Step-growthcondensation
(-H2O)
heat
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 40 / 66
Le PLA est le polyester issus de ressources renouvelables le plus utilisé actuellement
Oligomers
L-lactidePoly(L-lactic acid),
PLLA
(chain growth)
Bonnes propriétés mécaniques
Transparent, semicristallin
Peut se substituer pour certaines applications au PET
Propriétés thermomécaniques susceptibles d’être
améliorées (ISPA : amélioration de l’HDT)
Les Poly(acide lactique)Les Poly(acide lactique)
Poly(L-acide lactique)PLLA
Tg Tm Densité (kg/dm³)
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 41 / 66
Le PLA n‘est pas biodégradable, il est
compostablecompostable : peut convenir à des
applications « durables »
Tg (°C)
Tm (°C)
Densité (kg/dm³)
PLA ~ 58 150-170
1,24
PS 100 ~170 1,05
PET 75 260 1,34
Les Poly(acide lactique)Les Poly(acide lactique)
Tensile stress of PLA/flaxcomposite compared to PP/flax.
Tensile modulus of PLA/flaxcomposites compared with PP/flax.
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 42 / 66
Injection, Extrusion
températures process : 170 à 210°C
Fournisseurs : Natureworks LLC, Mitsui chemicals, Purac, Biomer,
Natureplast, Biopack
Avantages :Avantages :
Propriétés mécaniques similaires au PS Inconvénients :Inconvénients :
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 43 / 66
Propriétés mécaniques similaires au PS
Transparence et brillance supérieures au PET
Perméabilité au gaz et à l’humidité similaire
aux polyoléfines
Température de mise en œuvre plus basse
Peu de modification de mise en œuvre
Inconvénients :Inconvénients :
Fragile
Faible résistance mécanique
au-delà de 45°C
Sensibilité à l’hydrolyse
O
OO
O
H
H
CH3
CH3O
OO
O
CH3
CH3
H
HO
OO
O
CH3
H
H
CH3
(S,S)-lactide"L-lactide"
(R,R)-lactide"D-lactide"
(S,R)-lactide"meso-lactide"
Les monomères du PLA : 3 Les monomères du PLA : 3 stéréoisomèresstéréoisomères
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 44 / 66
50:50 mix = rac-lactide
isotactic-(SSSSSSSS)-
"poly(L-lactide)"
Isotactic-(RRRRRRRR)-
"poly(D-lactide)"
S,S
R,R
Les PLA et leurs tacticitésLes PLA et leurs tacticités
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 45 / 66
Heterotactic-(SSRRSSRR)-
Syndiotactic-(SRSRSRSR)-
rac
meso
Tacticité & CristallinitéTacticité & Cristallinité
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 46 / 66
* O*
OR
n
PHAPHA R
P(3HB) -CH3
P(3HV) -CH CHPolyesters aliphatiques biodégradables
R = CH3 ⇒ PHB poly(3-hydroxybutyrate)
R= C2H5 ⇒ PHV poly(3-hydroxyvalérate)
Les Poly(Les Poly(hydroxyalcanoatehydroxyalcanoate))PHAsPHAs
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 47 / 66
P(3HV) -CH2CH3
P(3HB-co-3HV) (Mirel) -CH3 et –CH2CH3
P(3HB-co-3HHx) (Kaneka), (Nodax)
-CH3 et –CH2CH2CH3
P(3HB-co-3HO) (Nodax) -CH3 et –(CH2)4CH3
P(3HB-co-3HOd) (Nodax) -CH3 et –(CH2)14CH3
Polyesters aliphatiques biodégradables
Fermentation bactérienne
Thermoplastiques semicristallins
100% résistant à l’eau
* O*
OR
n
PHA
Structure chimique variable et contrôlée
Les Poly(Les Poly(hydroxyalcanoatehydroxyalcanoate))PHAsPHAs
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 48 / 66
Propriétés très différentes suivant la structure chimique (107 polymères)Ex. PHB : Bonne résistance en température mais fragile
PHBV: Plus ductile, proche du PP
Problème: coût et capacité de production
Les AmidonsLes Amidons
Amidon : Maïs, Blé, Pomme de terre, Pois
Polymère naturel issu du mélange de deux macromolécules
O
HH
H
H*H
O
OHOH
OH
O
HH
H
HH
O
OHOH
OH
*n
O
HH
H
H*H
O
OHOH
O
O
HH
H
HH
O
OHOH
OH
*
HH
H
H*H
O
OHOH
OH
n
n
AmyloseAmylose AmylopectineAmylopectine
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 49 / 66
Polymère naturel issu du mélange de deux macromolécules
Composition (origine de l’amidon) ⇒ Propriétés différentes
Amidon natif peut-être transformé en amidon
thermoplastique:
Transformation par extrusion plastification
(Plastifiant : eau, glycerol, polyols)
Cliché MEB d’amidon
Les AmidonsLes Amidons
Bonnes propriétés méchaniques
Excellente propriété barrière
Anti-statique
souflage, injection, extrusion
Températures process : 120 à 180°C
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 50 / 66
Températures process : 120 à 180°C
Fournisseurs : Novamont Spa, Biopolymer Technologies AG, Biotec GmbH,
Plantic Technologies, Biopak
La cellulose et ses dérivésLa cellulose et ses dérivés
Bonnes propriétés mécaniques
Matériau pouvant résister à l’eau bouillante
Transparent
Injection, extrusion,thermoformage
Températures process : 190 à 240°C
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 51 / 66
Températures process : 190 à 240°C
Fournisseurs : Mazuchelli SPA, FKUR Kunststoff Gmbh, Clarifoli, Wolf Walsrode
AG, Albis plastic GmbH, Modiplast
Polymères synthétiques Polymères synthétiques biodégradablesbiodégradables
PBS / PBSA
PET
PTT
Autres matériauxAutres matériaux
Polymères Polymères biosourcésbiosourcés non non biodégrablesbiodégrables
PA - 11
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 52 / 66
PUR
PGA
PCL
Fournisseurs : BASF, Dupont, Showa Denka, Solvay, Dow, Arkema
Petro-Based (crude oil,
natural gas)
Refining & Cracking
ParaxyleneTerephthalic
Acid (TA)
Monoethylene Glycol (MEG)
Ethylene
PET Resin(70% TA & 30% MEG)
PETBottle
recyclePetro-Based PET
use
Petro -Based Refining & Terephthalic
recycle
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 53 / 66
Ethanol to
Ethylene
Petro -Based (crude oil,
natural gas)
Refining & Cracking
Paraxylene Terephthalic Acid (TA)
Plant-Based Carbohydrate
Fermentation&
Distillation
BIO Monoethylene Glycol (bMEG)
Plant PET Resin
(70% TA & 30% bMEG)
PlantBottle
use
Plant-Based PET
Source : Coca Cola
OH
OHOH
OH
OOH
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
CH2
CH2
CH2
OH
OHC C O
O
O
O
CH2CH2CH2CH2OH CH2CH2CH2CH2OHn
C C
O
OH
O
OH
glucose glycerol
E. Coli (GM)enzymatic conversion
(aerobie)
1,3-propanediolPDO
Polytrimethylene terephthalatePTT
Purified terephthalic acidPTA
+
- water- PDO
Poly(Poly(triméthylènetéréphthalatetriméthylènetéréphthalate) PTT) PTT
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 54 / 66
C C
O
CH3O
O
OMe
PDO
Dimethyl terephthalateDMT
+
-MeOH-PDO
Propriétés thermiques, mécaniques et barrièresPropriétés thermiques, mécaniques et barrières
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 55 / 66
Données: Auras 2004, Biopolymers L. Averous 2009, données fabricant
Principales applications de produits ou d’emballage s Principales applications de produits ou d’emballage s en Bioplastiquesen Bioplastiques
Segment : Produits « marketés »
Emballage Agroalimentaire :
- Barquette / film / bouteille / coating
Emballage Cosmétique:
- Pot / calage / Stick
Papeterie:
- Stylo / classeurs
Textile:
Segment : Produits « techniques »
Biocomposites:- Bois / Lin / ChanvreAutomobile:- Renfort de portière / plage arrière / textileProduits Hi Tech:-Téléphone, ordinateur portable, TV
Segment : Produits jetablesSacherie:
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 56 / 66
- Fibre non tissé / vêtement / couche
Médicale / paramédicale:
- Pilulier / gélule
Support marketing:
- Présentoir / PLV
Sacherie:- Sacs sortie de caisse / sacs poubelle
Segment : Produits à usage unique
Vaisselle jetable :- Gobelet, couvert, assietteTextile:- Fibre non tissé / vêtement / couche Horticulture / agriculture:- Pot de fleurs / films de paillage
Source : Naturplast
Principales applications de produits ou d’emballage s Principales applications de produits ou d’emballage s en Bioplastiquesen Bioplastiques
Segment : Produits « marketés »
Emballage Agroalimentaire :
- Barquette / film / bouteille / coating
Emballage Cosmétique:
- Pot / calage / Stick
Papeterie:
- Stylo / classeurs
Textile:
Segment : Produits « techniques »
Biocomposites:- Bois / Lin / ChanvreAutomobile:- Renfort de portière / plage arrière / textileProduits Hi Tech:-Téléphone, ordinateur portable, TV
Segment : Produits jetablesSacherie:
65% emballage(film, sachetterie, …)
Environ 0,7% de la consommation globale des matières plastiques.
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 57 / 66
- Fibre non tissé / vêtement / couche
Médicale / paramédicale:
- Pilulier / gélule
Support marketing:
- Présentoir / PLV
Sacherie:- Sacs sortie de caisse / sacs poubelle
Segment : Produits à usage unique
Vaisselle jetable :- Gobelet, couvert, assietteTextile:- Fibre non tissé / vêtement / couche Horticulture / agriculture:- Pot de fleurs / films de paillage
globale des matières plastiques.
Environ 20-30% de progression par an
Source : European Bioplastic Association
barquette / film / bouteille / coating
Deuxième secteur après la sacherie.Adéquation contenu/contenant pour les produits bio.
Produits d’extrusion : Film et barquette de thermoformage.
Matières principales : PLA
Pots / calage / Rouge à lèvre
Grand intérêt de ce secteur fortement marketé (comme l’agroalimentaire).
Adéquation contenu/contenant pour les produits bio.
Matières principales : Développements sur diverses matières
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 58 / 66
Source : Naturplast
Fibre non tissé / vêtements / couches
Intérêt écologiqueMatières principales : Principalement le PLA
Stylos / classeurs
Intérêt écologique et marketing, secteur fortement concurrencé par peu d’acteurs, besoin de démarcation
Matières principales : Développements sur diverses matières
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 59 / 66
Source : Naturplast
Piluliers / gélules
En lien direct avec les produits bio (ex: complément alimentaire)
Beaucoup de produits jetables dans le médical
Présentoirs / PLV
Intérêt écologique et marketing, secteur fortement concurrencé par peu d’acteurs, besoin de démarcation
Matières principales : Développements sur diverses matières
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 60 / 66
Source : Naturplast
Bois / Lin / Chanvre
Adéquation entre une fibre végétale et unematrice végétale ou biodégradableDesign spécifique
Téléphone, ordinateur portable, TV
Secteur fortement concurrentiel, produit cher, besoin d’innovation et de démarcation.Développement principalement en Asie (premier producteur au monde).Matières principales : Biocomposite PLA + fibres végétales
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 61 / 66
Renfort de portière / plage arrière / textile:
Volonté de différentiation + contraintes législatives.2012 : 80% des plastiques devront être recyclés,recyclables ou issus de matériaux biosourcés.Matières principales : PLA pour la fibre – PLA + renfortvégétal pour des pièces d’intérieur automobile(habillage de portières, plage arrière …)
Source : Naturplast, Arkema
Sacs sortie de caisse / sacs poubelle
65% des bioplastiques.Matières principales : Copolyestersbiodégradable – Mélanges amidon /copolyesters biodégradables ou MélangesPLA / copolyesters biodégradables
Gobelets, couverts, assiettes
Pertinence d’utiliser des produitsbiodégradablesMatières principales : Développementssur diverses matières
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 62 / 66
Source : Naturplast
sur diverses matières
Fibre non tissé / couches
Interet écologiqueMatières principales : Principalement le PLA
Pots à fleurs / films de paillage
Dégradation dans le sol (moyennementrapide).Recherche de biodégradation contrôléepour les films de paillage : un des seulsréels intérêt de biodégradation de produit.Matières principales : Mélanges amidon /copolyesters biodégradables - divers
Pots et clayettes injectés
Acétate de celluloseFibres végétales (Miscanthus)
P.H.A.
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 63 / 66
Source : Naturplast
Conditions de transformation (PLA)
Température de polymère fondu
185 °C
InjectionInjection
ThermoformageThermoformage
Ecoflex (copolyester)Température fourreau entre 140 et 170 °C
Rouleau froid : ~ 40°C
Extrusion gonflageExtrusion gonflage
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 64 / 66
Température fourreau 160 à 190 °C
Température moule 15 à 35 °
Vitesse de vis 100 – 175 rpm
Pression d’injection 900 bars
ThermoformageThermoformage
Plantic (amidon de maïs)Température de formage : 125°C - 135°C
Pression de formage : ~ 6 bars
Bilan environnemental mitigé (ACV, fin de vie,…)Bilan environnemental mitigé (ACV, fin de vie,…)
Rôle économique indéniableRôle économique indéniable
Image de marque pour le consommateurImage de marque pour le consommateur
Matériaux intéressants mais nécessité de résoudre divers problèmes Matériaux intéressants mais nécessité de résoudre divers problèmes
(propriétés, approvisionnement, coût,..) pour pouvoir venir concurrencer (propriétés, approvisionnement, coût,..) pour pouvoir venir concurrencer
Conclusion sur les BioplastiquesConclusion sur les Bioplastiques
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 65 / 66
(propriétés, approvisionnement, coût,..) pour pouvoir venir concurrencer (propriétés, approvisionnement, coût,..) pour pouvoir venir concurrencer
les matériaux de ressources pétrolièresles matériaux de ressources pétrolières
R&D important pour pérenniser ces matériauxR&D important pour pérenniser ces matériaux
Merci pour votre attention !Merci pour votre attention !
Stéphane Leconte et all ISPA mars 2010 66 / 66
[email protected]@ispa.asso.fr