Shi-Qing Wang, Ph.D., (au centre), les doctorants en science des polymères Travis Smith (à gauche) et Masoud Razavi tiennent des échantillons du nouveau plastique PLA
La fabrication de matériaux plastiques à partir de biomasse plutôt que de pétrole brut et de gaz naturel offre un certain nombre d’avantages environnementaux, mais ces soi-disant bioplastiques ont tendance à être moins performants dans quelques domaines clés. Les scientifiques de l’université d’Akron aux Etats-Unis ont peut-être trouvé une solution à l’une de ces lacunes, en mettant au point une nouvelle forme de plastique PLA qui peut être utilisée pour contenir des liquides bouillants.
Les plastiques conventionnels offrent une résistance et une flexibilité supérieures à celles des plastiques issus de la biomasse, ainsi qu’une stabilité à des températures élevées. Récemment, nous avons examiné une percée réalisée par une équipe de scientifiques au Japon, qui a utilisé des matériaux naturels comme éléments de base pour un plastique ayant la plus grande résistance à la chaleur jamais enregistrée, et cette dernière étude repousse encore une fois les limites de ce que ces bioplastiques peuvent faire.
L’équipe de l’université d’Akron s’est concentrée sur une forme commune de bioplastique appelée acide polylactique (PLA), qui est bon marché à produire et constitue un choix populaire pour des choses comme les emballages alimentaires et les bouteilles et ustensiles en plastique. Cependant, c’est lorsqu’il est soumis à des températures élevées qu’il rencontre le plus de difficultés.
« Le PLA est le premier polymère 100 % biologique et entièrement compostable au monde », déclare le Dr Ramani Narayan, éminent professeur de l’université de l’État du Michigan, qui n’est pas l’auteur de cette étude mais dont les travaux portent sur le développement des bioplastiques. « Mais il a une faible ténacité et une faible température de déformation à la chaleur. Il se ramollit et s’affaisse structurellement autour de 60 °C, ce qui le rend inutilisable dans de nombreuses applications d’emballage d’aliments chauds et de récipients jetables ».
Dirigée par le Dr. Shi-Qing Wang, l’équipe de l’université d’Akron s’est attaquée à ce problème en réimaginant la structure complexe qui sous-tend les plastiques PLA. Wang compare cela à une botte de spaghettis, les molécules en forme de chaîne qui composent le plastique représentant les nouilles individuelles.
La solidité du plastique est liée à l’imbrication de ces nouilles. En modifiant la façon dont les cristaux se forment et en les limitant à l’échelle nanométrique, les scientifiques ont pu créer un « réseau de chaînes » fortement imbriquées de ces nouilles, qui permettrait à quelqu’un d’en ramasser presque un bol entier à l’aide d’une paire de baguettes, selon l’équipe.
Le nouveau plastique PLA en forme de tasse
Le résultat de cette technique a été un plastique PLA qui est solide, transparent et résistant à la chaleur, et qui a été façonné en un prototype de tasse pouvant être remplie d’eau bouillante sans rétrécir, se dégrader et devenir opaque. Selon l’équipe, une telle tasse pourrait être utilisée comme une option plus écologique pour le thé et le café chauds, par exemple.
Si les bioplastiques se dégradent plus rapidement, consomment moins d’énergie pour leur production et ont une empreinte carbone plus faible que les plastiques à base de pétrole, certains aspects de ce matériau suscitent encore des interrogations. Une étude récente a montré que les bioplastiques contiennent autant de substances toxiques que le plastique ordinaire.
En tout état de cause, le problème de la pollution des plastiques n’est pas près de disparaître, et le fait d’avoir plus d’options sur la table en termes de mode de production pourrait s’avérer précieux pour les efforts visant à minimiser son impact sur l’environnement. L’équipe a déposé un brevet pour sa technologie, et espère qu’il pourra contribuer à élargir l’attrait des plastiques PLA.
« L’impact de notre nouvelle compréhension pourrait enfin stimuler le marché du PLA à croître de manière exponentielle », déclare Wang.
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.9b00595
