L’impression d’un quadrillage d’amidon sur un papier d’emballage le rend à terme plus épais et résistant à la flexion. Cette étude ouvre une nouvelle piste dans l’allègement des emballages.

Les matériaux d'emballage nécessitent souvent une certaine rigidité, par exemple pour garantir la résistance des côtés d’une boîte ou la capacité à tenir debout des sachets souples pour aliments secs. Afin de rendre l’emballage plus rigide tout en conservant un poids léger, la conception de structures en plaques ou de coques gaufrées ou nervurées pourrait être utile.

Dans une étude de 2021, des chercheurs du LGP2 de Grenoble (Laboratoire de génie des procédés pour la bioraffinerie, les matériaux bio-sourcés et l'impression fonctionnelle) et du CTP (Centre technique du papier), ont étudié le potentiel de l'impression d'une grille à motifs à base d'amidon sur un papier d'emballage afin d'améliorer sa résistance.

L'amidon a été choisi pour ses nombreux atouts ; c’est un produit très peu coûteux, biosourcé, largement disponible et entièrement biodégradable.

Pour déposer cette grille d’amidon sur le papier, les chercheurs ont opté pour la sérigraphie, le procédé industriel le plus courant permettant d'obtenir une épaisseur de lignes imprimées précise. L’amidon a ainsi pu être déposé sur le papier comme une encre.

Une sorte de pochoir reproduisant le motif de la grille à imprimer a été placé sur le papier. Une ligne d’encre (ici de l’amidon) a ensuite été déposée devant une racle qui a raclé l’amidon sur la surface, le déposant sur la feuille selon le motif du pochoir. L’échantillon est ensuite séché dans un four à 60°C.

Pour leur étude, les chercheurs ont utilisé plusieurs pochoirs, dont la largeur des traits de la grille en amidon variait entre 0,75 et 2,5 mm. Plus le trait est épais, plus le pourcentage de surface imprimée – ou taux de couverture est grand. Il est de 19% pour un trait de 0,75 mm et de 75% pour un trait de 2,5mm.

Figure 1 Motifs de grille déposés par sérigraphie sur la surface du papier.

taux de couverture : a) 19 %, b) 51 % et c) 75 %.

Après séchage la partie non imprimée se gondole créant de petits carrés en 3D. Les papiers ainsi obtenus sont plus épais et passe de 60um à 190um pour des lignes de 1mm (27% de couverture) et ont une meilleure résistance à la flexion x4 pour 27% de couverture et x6 pour 51% de couverture (ligne de 1.5mm). Le gondolement le long des lignes imprimées serait principalement dû au retrait de l'amidon lors du séchage. (Fig 2)

Figure 2. Différence de hauteur du papier selon les taux de couverture en amidon : a 19 %, b 27 %, c 51 %.[1]

Les chercheurs ont ensuite calculé l’épaisseur du papier théorique qui aurait la même rigidité que le papier imprimé avec la grille à 27% de remplissage.

Ils ont obtenu 100 µm, ce qui correspond à un grammage de 100 g/m². En conclusion, un papier imprimé de 60 g/m² avec 7 g/m² d'amidon aurait la même résistance à la flexion qu’un papier de 100g/m² ce qui réduirait le poids de 33%. Le coût des matières premières serait lui réduit de 30 %.

Ainsi, cette approche pourrait être appliquée à l'allègement d'une gamme plus large de papiers d'emballage, allant des papiers de 50 g/m² aux cartons pliants de 200 g/m² pour les gobelets ou les étuis par exemple, dans le but de réduire davantage l'impact écologique des emballages.

Les mécanismes responsables de cette déformation du papier, liés au retrait au séchage de l’amidon, ne sont pas entièrement compris à ce jour. Une nouvelle piste d’étude pour les chercheurs.

Sources :

https://hal.science/hal-03602864/file/Vigui%C3%A92021_Article_FormingArchitecturedPaperByPri.pdf

Liens :

https://lgp2.grenoble-inp.fr/

https://www.webctp.com/