Modulation des propriétés de surface de substrats celluose par adsorption de polysaccharides modifiés par réaction de Passerini: vers de nouveaux emballages papier – Moderato

Le projet Moderato implique deux partenaires académiques (IMP, CERMAV) experts en modifications et caractérisations de polysaccharides, et le Centre Technique du Papier (CTP), un institut français dédié à l’Industrie de la pâte à papier, du papier et du carton. Ce projet vise la synthèse de nouvelles familles de polysaccharides doublement modifiés, en vue d’être utilisées comme revêtements biosourcés fonctionnels conférant à des substrats papier de bonnes propriétés barrière, maintenues sous des variations d’humidité et de température, pour des applications dans l’emballage alimentaire. La pierre angulaire du projet Moderato réside dans l’exploitation de la réaction de Passerini, qui, malgré ses avantages, n’a été jusque maintenant que très peu utilisée pour fonctionnaliser des polysaccharides. Il sera question d’appliquer cette réaction à la fois à des chaînes de polysaccharides carboxylés, tels que la carboxyméthyl cellulose, l’acide alginique, et à des objets cellulosiques tels que des microfibrilles de cellulose oxydées (MFC), afin de greffer sur les chaînes polymère et à la surface des MFCs des dérivés hydrophobes et/ou sensibles à la température, judicieusement choisis. La réaction de Passerini, à bonne économie d’atome et à faible impact environnemental, est très avantageuse puisqu’elle engage 3 précurseurs (acide carboxylique-isocyanide-aldéhyde), en conditions « one-pot » aqueuses, sans catalyseur ni agent de couplage, et permettra d’accéder ainsi à des dérivés polysaccharide doublement fonctionnalisés, via la formation d’une fonction acyloxycarboxamide. Après 2 tâches clefs de synthèse et de caractérisation, les polymères biosourcés modifiés Passerini (chaînes et particules) seront déposés à la surface de substrats papier par des procédés de dépôts bien maitrisés. Le mécanisme d’adsorption et de filmification, ainsi que les caractéristiques topochimiques, physico-chimiques, et morphologiques des revêtements seront étudiées en détail dans une troisième tâche. Une quatrième tâche sera consacrée à l’évaluation des propriétés barrière aux liquides (eau, graisse), et aux gaz (vapeur d’eau, oxygène), ainsi qu’à la recyclabilité, la toxicité et la viabilité économique des substrats papier revêtus. Les relations existantes entre la structure chimique, les caractéristiques des revêtements et les propriétés barrière seront établies, dans le but d’optimiser à la fois la synthèse des polysaccharides modifiés, et leur aptitude à être déposés en vue de générer des produits industriellement compatibles et présentant les meilleures propriétés barrière. La double hydrophobisation des polysaccharides visée dans ce projet (induite ou non par une augmentation de T°), qui n’a jamais été décrite pour le but recherché ici, permettra une diminution de la perméabilité en conférant au revêtement une hydrophobie exaltée (effet « parapluie »), et en restreignant la mobilité des chaînes à travers la formation d’interactions hydrophobes aptes à générer un revêtement très compact dans toute son épaisseur. L’utilisation de MFCs de facteur de forme élevé, constitue un atout supplémentaire pour conduire à des revêtements percolants et hiérarchisés, présentant une tortuosité particulière inhibant de façon efficace la perméation d’espèces moléculaires. De plus, l’utilisation de polymères dégradables fonctionnalisés par une liaison chimique hydrolysable et l’utilisation de revêtements adsorbés physiquement sont des facteurs qui faciliteront une bonne recyclabilité des substrats cellulosiques revêtus (éco-conception). Le projet Moderato vise non seulement le développement de produits biosourcés présentant de bonnes propriétés barrière stables dans différentes conditions de stockage, mais permettra également de fournir des connaissances fondamentales dans la compréhension des mécanismes qui régissent les phénomènes de perméabilité.