Eco-concevoir
des systèmes multicouches
Cette publication de l’axe Plastiques du PEPR Recyclage explore une approche d’éco-conception visant à valoriser des films multi-micro/nanocouches à base de polystyrène (PS), proposés comme alternative aux systèmes multicouches conventionnels de type PS/PE.
Par Hissein Bechibo.
Schéma et photos réalisés dans le cadre des travaux de recherche du projet PEPR Recyclage – Axe Plastiques, laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymeres (IMP) ; reproduction autorisée pour diffusion scientifique.
Ce travail, publié dans Polymer Engineering and Science, s’inscrit dans la continuité de notre premier article de revue intitulé « Recycling of Multilayer Polymeric Barrier Films: an Overview of Recent Pioneering Works and Main Challenges », publié dans Macromolecular Materials and Engineering, et plus largement dans le cadre de l’axe Plastiques du PEPR Recyclage.
Il explore une approche d’éco-conception visant à limiter le nombre de composants dans les systèmes multicouches à base de polystyrène, tout en évitant l’utilisation de couches de liaison, souvent responsables de la non-recyclabilité des films complexes. Pour ce faire, la technologie de coextrusion par assemblage forcé a été mise en œuvre. Cette méthode a permis de fabriquer des films multi-micro/nanocouches composés de polystyrène (PS) associé soit à du polyéthylène basse densité (LDPE), soit à du polyéthylène basse densité linéaire (LLDPE), avec un rapport volumétrique de 90/10, représentatif des formulations couramment utilisées dans les emballages alimentaires et industriels.
Les films obtenus ont ensuite été soumis à trois cycles de traitement thermomécanique afin d’évaluer l’impact du recyclage mécanique sur l’évolution de la morphologie et des propriétés mécaniques. Les résultats ont montré que la structure initiale multi-micro/nanocouches évoluait progressivement vers des morphologies fibrillaires ou lamellaires, conduisant à des structures bien dispersées assurant un bon compromis entre rigidité et ductilité.
Un point particulièrement notable concerne le module de Young : les films comportant un grand nombre de couches (256, 1024 et 2048 couches) présentent un module plus élevé que ceux ne comptant que 32 couches, et ce, même après plusieurs cycles de recyclage. Ces observations démontrent non seulement la préservation des propriétés mécaniques, mais également leur amélioration dans certains cas, attestant de l’excellente stabilité du matériau au cours du recyclage
Les résultats obtenus démontrent que l’éco-conception par le recyclage de structures multi-micro/nanocouches offre une stratégie efficace pour améliorer la recyclabilité des films multicouches utilisés dans l’emballage. La conservation, voire l’amélioration, des propriétés mécaniques après plusieurs cycles de recyclage suggère que ces matériaux peuvent être réintroduits dans la chaîne de production sans perte significative de performance. Cela constitue un atout majeur pour répondre aux exigences croissantes de l’économie circulaire et de la réduction des déchets plastiques.
Sur le plan industriel, cette approche pourrait être appliquée au développement d’emballages alimentaires, pharmaceutiques ou logistiques nécessitant à la fois rigidité, résistance et légèreté. La réduction du nombre de constituants facilite également le tri et la valorisation en fin de vie, diminuant ainsi les coûts de traitement. Les entreprises pourraient ainsi produire des emballages plus durables tout en respectant les normes environnementales émergentes.
Pour les recherches futures, il serait pertinent d’étendre cette approche à d’autres combinaisons polymériques, notamment à des matériaux biosourcés ou biodégradables. L’étude de la stabilité des propriétés au-delà de plusieurs cycles de recyclage, ainsi que l’analyse à grande échelle (pilote), permettraient de confirmer la viabilité économique et technique de cette technologie. Des travaux sur l’optimisation des conditions de coextrusion pourraient également renforcer la performance des matériaux obtenus.
Recycling of Polystyrene/Polyethylene Micro/Nanolayered Films: Effect of Melt Rheological Properties Mismatch on Induced Morphological and Mechanical Performances.
Hissein Bechibo, Mohamed Yousfi, Abderrahim Maazouz, Khalid Lamnawar.
Polymer Engineering and Science, In press – https://dx.doi.org/10.1002/pen.70137
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