PBS biosourcé pour l'industrie textile
Résumé
Ces dernières années, les polymères biosourcés ont suscité un intérêt croissant. Pour une véritable transition vers une économie verte, les polymères doivent non seulement provenir de sources renouvelables, mais également être biodégradables.
L’un de ces polymères est le succinate de polybutylène (PBS), qui est étiqueté comme compostable à domicile — c’est-à-dire qu’il peut se dégrader à des températures plus basses et moins contrôlées, comme celles d’un tas de compost de jardin typique.
Cet article explore le potentiel du PBS dans les applications textiles, en se concentrant sur l’extrusion de rubans et de multifilaments, la coloration, et le traitement de tissus à petite échelle. En plus du PBS vierge, des mélanges contenant 25 % et 50 % de PLA ont également été évalués.
Introduction
Le terme « biodégradable » désigne les matériaux capables de se décomposer dans un délai relativement court sous certaines conditions. Ces conditions peuvent varier considérablement (voir Figure 1).
Par exemple, le PLA (acide polylactique) nécessite un compostage industriel (50–60°C), alors que certains polymères sont compostables à domicile à température ambiante (<35°C). Cette caractéristique est précieuse non seulement sur le plan environnemental, mais aussi technique — en particulier pour des applications telles que les agrotextiles.
Le PBS est l’un de ces polymères. Il est produit par polycondensation de l’acide succinique et du 1,4-butanediol.
Traditionnellement, l’acide succinique est dérivé du pétrole, mais il peut désormais être obtenu à partir de ressources renouvelables, faisant du PBS un polymère partiellement biosourcé, avec un potentiel de devenir entièrement biosourcé.
Grâce à son origine renouvelable, sa biodégradabilité et ses propriétés physiques comparables à celles des polyoléfines, le PBS est considéré comme un matériau d’avenir prometteur. Bien qu’il soit déjà utilisé dans l’industrie plastique (par exemple, l’emballage), son application dans le textile est encore émergente. Centexbel a exploré ce potentiel.
Matériaux
Différentes qualités de PBS ont été testées dans le cadre du projet PBSTex : FZ 71 PB et FZ 91 PB, toutes deux produites par PTTMCC. Ces qualités sont biosourcées à 50 % — la composante acide succinique est renouvelable, tandis que le 1,4-butanediol reste d’origine pétrochimique (avec des projets de production 100 % biosourcée à venir).
Le PBS fond à 113°C et commence à se dégrader vers 300°C.
- FZ 91 PB : faible indice de fluidité à chaud (MFI) de 5 g/10 min (190°C) — idéal pour l’extrusion de monofilaments et de rubans.
- FZ 71 PB : MFI plus élevé de 22 g/10 min (190°C) — mieux adapté à l’extrusion de multifilaments.
Des tests de rhéologie capillaire sur le FZ 71 PB montrent un comportement pseudoplastique (shear thinning) : la viscosité diminue avec l’augmentation de la vitesse de cisaillement et de la température.
Extrusion de rubans
Des essais sur une ligne semi-industrielle ont montré que, bien que le PBS ait un point de fusion bas, des températures d’extrusion élevées (>200°C) sont nécessaires pour un bon traitement.
Avec un taux d’étirage à froid optimal (4,8x) :
- Ténacité : 0,22–0,23 N/tex
- Module de Young : 1,4–1,5 N/tex
Le mélange de PBS avec 25 % ou 50 % de PLA (grade 6400D) a amélioré les propriétés mécaniques (voir Tableau 1). Notamment, le module de Young a augmenté significativement, de 1,4 à 4,0 N/tex.
Propriétés mécaniques des rubans
| Composition | Ténacité(N/tex) | Modulus (N/tex) |
|---|---|---|
| 100% PBS | 0.22–0.23 | 1.4–1.5 |
| 75% PBS / 25% PLA 50% | 0.24–0.25 | 2.4–2.5 |
| 50% PBS / 50% PLA | 0.28–0.29 | 3.9–4.0 |
Extrusion de multifilaments
Des essais ont également été réalisés sur une ligne semi-industrielle de multifilaments. Les filaments ont été refroidis à l’air puis étirés sur quatre rouleaux chauffés, avec un rouleau de relaxation final.
Pour produire des filaments texturés (BCF), une chambre de texturation a transformé les filaments en structure volumineuse.
- Filament continu (CF) : température d’extrusion ~230°C
- BCF (filière trilobée) : température abaissée à 210–200°C
Le comportement au frisage (crimp), qui influence le gonflant et l’aspect des moquettes, était meilleur avec le PBS qu’avec le PLA — ce qui indique un potentiel pour des applications spécifiques axées sur la performance lorsqu’il est mélangé.
Propriétés mécaniques des Multifilaments
Le comportement au frisage, qui influence le gonflant et l’aspect visuel des moquettes, était meilleur avec le PBS qu’avec le PLA — ce qui indique un potentiel pour des applications spécifiques axées sur la performance lorsqu’il est utilisé en mélange.
| Type | Ténacité (N/tex) | Modulus (N/tex) |
|---|---|---|
| 100% PBS CF | 0.16–0.20 | 1.0–1.3 |
| 100% PBS BCF | 0.11–0.12 | 0.6–0.7 |
Coloration des fils de PBS
Les fils de PBS ont été colorés selon deux méthodes :
- Coloration en masse (solution dyeing) – Un masterbatch à base de PLA (1 %) a été ajouté durant l’extrusion des rubans. Les rubans PBS ont montré une résistance à la lumière similaire à celle du PLA lors de tests Xeno pour usage intérieur (ISO 105B02) et extérieur (ISO 105B04).
- Teinture en bobine (package dyeing) – Des colorants dispersés (gamme Dianix) ont été appliqués à 70°C, selon des recettes prévues pour le PLA. Les résultats ont montré que les fils de PBS teints à 70°C présentaient des couleurs intenses, tandis que les fils de PLA restaient très pâles à cette température (saturation atteinte uniquement à 110°C). Cela est probablement dû à la température de transition vitreuse du PBS (Tg ≈ -30°C), qui permet une meilleure pénétration du colorant.
Transformation du fil en tissu
À titre de démonstration :
- Des tissus tricotés et non-tissés ont été réalisés à partir de multifilaments
- Un tissu tissé a été produit à partir de rubans PBS
Les tissus tricotés et tissés ont montré une bonne résistance à l’abrasion (ISO 12947-2). Le tissu tricoté a également présenté une bonne résistance au boulochage (ISO 12945-2).
Conclusions
- Le PBS montre un fort potentiel pour les applications textiles. Il peut être transformé sur des équipements industriels standards pour l’extrusion de rubans et de multifilaments, ce qui permet son intégration dans des produits tels que rubans agrotextiles et fils BCF pour l’intérieur.
- Ses propriétés peuvent être ajustées par mélange avec des polymères biosourcés comme le PLA, afin d’optimiser certaines performances.
- De plus, la combinaison de compostabilité domestique et de contenu biosourcé offre d’importants avantages environnementaux : réduction de la dépendance aux énergies fossiles, diminution des émissions de CO₂, et meilleures options de fin de vie compatibles avec l’économie circulaire.
