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Vous êtes ici : Accueil > La technique > Procédés > Rapport d'activité scientifique du LGP2 > Emballage et transformation > Conception de nouveaux papiers autoadhésifs           Révision : 26 Avril 2007
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(2002-2005)
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Chercheurs du LGP2 (EFPG, INPG, CNRS, CTP)
(Novembre 2006)
 
Documents extraits du
"Rapport d'activité scientifique du Laboratoire de Génie des Procédés Papetiers  - UMR 5518
Grenoble - France
Janvier 2002 - Novembre 2005"

V - Emballage et transformation

V - 2 - Conception de nouveaux papiers autoadhésifs
Johanne Empereur, Didier Chaussy, Naceur Belgacem et Alessandro Gandini

Les étiquettes occupent une place de plus en plus importante dans l’industrie. En effet, sur le marché français le chiffre d’affaire annuel est d’environ 1 milliard d’euros avec une croissance de 5 à 7 % par an. Le principe de fabrication des étiquettes autoadhésives implique l’utilisation d’un papier protecteur siliconé. En effet, on forme un complexe qui peut être stocké avec le frontal, qui est destiné à devenir l’étiquette, sur lequel l’adhésif est déposé. Ce matériau bi-couche est protégé par le dorsal qui est un papier anti-adhésif traité avec la silicone. Au moment de l’utilisation, l’ensemble dorsal silicone est détaché du complexe, le frontal quant à lui conserve l’adhésif et peut être collé. Le dorsal, destiné à être jeté, est d’une part le papier le plus travaillé lors de la conception de l’étiquette et d’autre part il n’est pas recyclable.

Le but de cette étude est de concevoir de nouveaux papiers autoadhésifs n’utilisant pas de dorsal. De cette manière, la quantité de papier utilisée serait limitée. Ce nouveau papier sera couché avec des micro-capsules contenant de l’adhésif. Sous de fortes pressions, les micro-capsules cèdent et libèrent l’adhésif, le collage s’effectue.
Le procédé de micro-encapsulation utilisé est la coacervation [Figure 1]. Les techniques de coacervation s’appliquent à des systèmes colloïdaux de substances macromoléculaires. Le terme coacervation décrit un changement de solubilité des colloïdes. Dans cette étude, la coacervation a été réalisée en faisant varier le pH. Les micro-capsules sont généralement collectées par filtration ou centrifugation, lavées avec le solvant adéquat et séchées pour donner des particules individuelles bien dispersées.

Micro-capsules obtenues par coaservation d'une émulsion d'un adhésif industriel avec le chitosane
Figure 1 - Micro-capsules obtenues par coacervation
d'une émulsion d'adhésif industriel avec le chitosane

Coacervation avec le chitosane

Le chitosane est un dérivé de la chitine, polymère naturel contenu dans l’exosquelette des insectes et des crustacés. Il a la propriété d’être soluble en pH acide et insoluble à pH basique. C’est sur cette propriété que l’on base la coacervation. En effet, on partira d’une solution de chitosane ayant un pH d’environ 5 et on ajoutera du NaOH afin d’inverser le pH du milieu en pH basique (environ 8), induisant ainsi la précipitation du chitosane sur les micelles contenant l’adhésif à encapsuler.
Plusieurs essais ont été déjà effectués sur des huiles modèles, des adhésifs synthétisés au laboratoire et sur des échantillons commerciaux. Ces essais montrent bien la faisabilité de la micro-encapsulation de ce type de polymères, mais beaucoup reste à faire concernant l’optimisation du procédé d’encapsulation, des micro-capsules elles-mêmes, de l’épaisseur de leur parois, etc.

Les micro-capsules ainsi obtenues ont été analysées par microscopie optique. Comme le montre la Figure 1, ces capsules sont sphériques et mononucléaires et ont tendance à s’agglomérer.

Le spectre infra-rouge [Figure 2] de ces micro-capsules présente des pics témoignant de la présence de l’adhésif (cœur des capsules) et du chitosane (polymère constituant la paroi).

Spectre infra-rouge des micro-capsules obtenues par encapsulation d’une émulsion d’adhésif industriel avec le chitosane comme carapace
Figure 2 - Spectre infra-rouge des micro-capsules obtenues par encapsulation
d’une émulsion d’adhésif industriel avec le chitosane comme carapace

La distribution des tailles des capsules a été aussi analysée en utilisant un Malvern Mastersizer. Les capsules sont agitées dans l'eau pendant 5 minutes. Les ultrasons peuvent aussi être utilisés afin de casser les capsules agglomérées. La distribution moyenne en volume et en nombre a été obtenue [Figure 3] et montre que les capsules ont un petit diamètre (0.53μm pour la distribution en nombre) mais ont une tendance à s’agglomérer.

Distribution des tailles des particules de capsules obtenue par encapsulation d’une émulsion d’un adhésif industriel avec le chitosane
Figure 3 - Distribution des tailles des particules de capsules obtenue
par encapsulation d’une émulsion d’adhésif industriel avec le chitosane

Des essais d’optimisation du procédé d’encapsulation ont été effectués afin de minimiser les agglomérats. Les [Figures 4, 5, 6] montrent les premiers résultats obtenus à partir de la micro-encapsulation d’un adhésif industriel fourni sous forme d’émulsion et couramment utilisé comme autoadhésif. Ces essais montrent que les micro-capsules obtenues sont sphériques et mononucléaires et que leur taille est voisine du micromètre, indépendamment de la matière constituant la carapace.

Capsules obtenues par encapsulation d’une émulsion d’un adhésif industriel avec le chitosane   capsules obtenues par encapsulation d’une émulsion d’un adhésif industriel avec la gélatine
Figure 4 - Capsules obtenues par encapsulation
d’une émulsion d’adhésif industriel avec le
chitosane en utilisant les conditions optimales
  Figure 5 - Capsules obtenues par encapsulation
d’une émulsion d’ adhésif industriel avec la
gélatine en utilisant les conditions optimales
Distribution des tailles des particules de capsules obtenue par encapsulation d’une émulsion d’adhésif industriel avec différentes carapaces
Figure 6 - Distribution des tailles des particules de capsules
obtenues par encapsulation d’une émulsion
d’un adhésif industriel avec différentes carapaces

Microencapsulation avec la résine aminoplaste

La microencapsulation basée sur l’utilisation de la technique de polycondensation non linéaire de la mélamine avec le formaldéhyde communément nommée la méthode “aminoplaste” a été aussi testée. Cette méthode est très utilisée pour fabriquer les micro capsules pour le papier autocopiant. Après la préparation de l’émulsion de l’adhésif sensible à la pression, le pré-polymère mélamine - formaldéhyde est ajouté à pH acide. Ensuite le pH est augmenté jusqu’à atteindre des conditions basiques avant de procéder au chauffage du milieu réactionnel pour induire la polycondensation du pré-polymère et construire ainsi la carapace des capsules. Cette approche a également donné des résultas prometteurs.

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