Pots horticoles : compoundage par extrusion bi-vis et moulage par injection thermoplastique

Dans le cadre du projet BIOPLAST, la production des biocomposites thermoplastiques a été réalisée par le CATAR CRITT Agroressources à l’aide de la technologie bi-vis. Avec le Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (UMR 1010 INRAE/Toulouse INP-ENSIACET) et sa halle de transfert technologique AGROMAT, le CATAR CRITT Agroressources dispose d’une expérience de longue date, reconnue à l’international, sur l’utilisation des réacteurs bi-vis pour le traitement de la biomasse et la production de composites bioplastiques.  

Granulés calibrés

C’est un extrudeur bi-vis à vis co-rotatives et co-pénétrantes (Clextral Evolum 25) qui a été utilisé. Cette technologie largement répandue dans les entreprises de la plasturgie permet la production continue de granulés calibrés. Pour BIOPLAST, ces granulés sont issus de l’association de PHA (un bioplastique à la fois biosourcé et biodégradable) et d’une charge fibreuse de renforcement. Ces granulés ont ensuite été utilisés pour le moulage de pots horticoles par injection thermoplastique.

Différentes formulations

Lors du compoundage bi-vis, le travail du CATAR CRITT Agroressources a d’abord consisté en la mise au point d’un profil de vis et d’un profil de température adaptés, conduisant à une bonne dispersion de la fibre de renfort dans la matrice polymère, et ce tout en préservant l’intégrité des deux constituants du mélange (absence de dégradation). Différentes formulations ont été produites au cours du projet. Toutes étaient constituées d’un PHA commercial (grade Biomer P209) en guise de matrice polymère. Et, concernant la charge de renfort, ajoutée jusqu’à un taux d’incorporation de 30 % en masse, trois matières distinctes ont été testées. Présentes en quantité dans la zone géographique POCTEFA, elles ont toutes les trois été choisies pour leur richesse en fibres lignocellulosiques :

• Une paille d’orge simplement broyée à l’aide de la technologie de broyage à marteaux largement utilisée dans le monde agricole.
• Cette même paille défibrée mécaniquement par méthode papetière au LEPAMAP afin de favoriser son couplage à la matrice polymère.
• Le raffinat solide de tournesol issu de l’extraction aqueuse de l’huile résiduelle des capitules en bi-vis. Parce que cette huile permettra à TBI la synthèse de mcl-PHAs (PHAs de chaînes carbonées moyennement longues), cette solution rend possible à moyen terme l’obtention de biocomposites PHA/fibre végétale 100 % issus du tournesol.

Pots horticoles

Pour l’injection des pots horticoles, ce sont les granulés issus des formulations contenant 30 % de charge qui ont été privilégiés. Et, comme lors du compoundage bi-vis, le profil de température mis en œuvre a été choisi à la fois sur la base des recommandations de la fiche technique de la matrice polymère et en prenant en compte le comportement thermique du renfort fibreux utilisé, estimé par analyse thermogravimétrique (ATG). Une température de 140°C à la buse a été suffisante pour garantir un bon remplissage de l’empreinte du moule d’injection, et une température du moule de seulement 30°C a permis de réduire considérablement les temps de cycle (quelques dizaines de secondes seulement en cycle automatique).

Faite de particules de plus petite taille, la paille défibrée est la charge ayant montré le plus d’affinité avec la matrice polymère, permettant d’accéder à des valeurs de contrainte de rupture plus élevées, tant en traction qu’en flexion. De plus, l’ajout d’un additif de fonctionnalisation a également été testé. Il permet une augmentation des élongations à la rupture. Les pots horticoles en contenant présentent alors une meilleure tenue au choc. Par ailleurs, toutes les formulations ayant servi à l’injection des pots horticoles présentent une très bonne tenue à l’eau après 24 h d’immersion, leur gonflement en épaisseur ne dépassant jamais 2 %.

Le comportement des pots horticoles sous contraintes climatiques (variation de la température ou de l'humidité) a également été étudié. Mené de façon cyclique sur une période de quatre semaines, ce vieillissement accéléré a révélé une légère diminution de la contrainte de rupture en traction (- 25%). Les biocomposites restent tout de même assez résistants mécaniquement pour une application de pots horticoles.

Réacteur bi-vis Clextral (France) Evolum 25 utilisé pour le compoundage entre PHA et charge fibreuse de renforcement.		Presse à injecter Negri Bossi (Italie) VE 160-720 utilisée pour le moulage des pots de repiquage par injection thermoplastique.		Exemples de pots de repiquage obtenus par injection thermoplastique (cas d’une formulation chargée à 30 % de paille d’orge broyée.)