Du papier thermique plus sûr à base de bois

Chaque jour, des millions de personnes utilisent du papier thermique sans y penser. Les reçus, étiquettes d’expédition, tickets et dossiers médicaux reposent tous sur des couches thermosensibles pour faire apparaître du texte. Plus précisément, la chaleur déclenche une réaction entre un colorant incolore et un « développeur », produisant un texte sombre là où le papier est chauffé.

Le papier thermique est un petit objet à l’empreinte considérable. Il est produit à grande échelle, manipulé quotidiennement et souvent recyclé, ce qui permet à ses produits chimiques de se répandre dans l’eau et les sols. Pendant des décennies, les développeurs les plus courants ont été le bisphénol A (BPA) et, plus récemment, le bisphénol S (BPS). Tous deux peuvent affecter les organismes vivants en perturbant la signalisation hormonale, et tous deux sont détectés dans l’environnement et chez les personnes manipulant fréquemment des reçus.

Trouver des alternatives plus sûres aux bisphénols est difficile car le papier thermique doit aussi être stable, imprimable et rentable : en 2022, le marché mondial du papier thermique était évalué à environ 4 milliards de dollars et devrait atteindre 6 milliards d’ici 2030.

Les régulateurs et fabricants ont cherché des substituts, mais les progrès sont lents, car toute alternative moins toxique doit aussi réagir à la bonne température, rester stable pendant le stockage, bien se mélanger avec les autres ingrédients du revêtement et éviter la décoloration de fond. Et de nombreux matériaux biosourcés proposés échouent sur un ou plusieurs de ces points.

Une solution venue du bois

Des scientifiques des groupes de Jeremy Luterbacher et Harm-Anton Klok à l’EPFL ont maintenant démontré que des matériaux dérivés du bois peuvent répondre à ces exigences. Dans une étude publiée dans Science Advances, les chercheurs rapportent des revêtements de papier thermique utilisant la lignine, un composant majeur du bois, avec un sensibilisateur dérivé des sucres végétaux.

« Nous avons développé des formulations de papier thermique — que l’on trouve couramment dans les produits quotidiens comme les reçus de caisse, les étiquettes de colis, les billets d’avion, etc. — à base de molécules végétales ayant une signature toxique très faible voire nulle », explique Luterbacher, devenu connu en 2014 après avoir développé une méthode pour extraire la lignine des plantes à faible coût, tout en évitant sa destruction (publiée dans Science).

La nouvelle étude s’appuie sur les travaux en cours du laboratoire sur la lignine. Les chercheurs se sont concentrés sur elle car elle contient déjà des groupes chimiques pouvant agir comme développeurs de couleur.

Mais la lignine isolée est généralement sombre et chimiquement désordonnée, ce qui la rend impropre à l’impression. Pour y remédier, les chercheurs ont utilisé une méthode d’extraction contrôlée, appelée « fractionnement séquentiel assisté par aldéhyde », pour produire des polymères de lignine de couleur claire avec moins des groupes sombres absorbant la couleur qui peuvent interférer avec l’impression. Leur procédé a aussi permis de la bien mélanger dans la couche thermique — une condition clé pour une réactivité correcte.

Pour rendre la lignine réactive aux températures d’impression, l’équipe a ajouté un « sensibilisateur », un composé qui fond lorsqu’il est chauffé et aide l’interaction entre le colorant et le développeur. Au lieu d’utiliser des sensibilisateurs classiques issus du pétrole, ils ont testé le diformylxylose, une molécule fabriquée à partir du xylane, un sucre présent dans les parois cellulaires des plantes. Ils ont ensuite appliqué les mélanges résultants en fines couches sur du papier et les ont testés avec un chauffage contrôlé et des imprimantes commerciales.

Un avantage clair lors des tests de sécurité

Les revêtements à base de lignine ont produit des images imprimées nettes une fois chauffées, avec des valeurs de densité de couleur dans la même plage requise pour le papier thermique commercial. Les revêtements sont restés stables après un stockage de plusieurs mois près d’une fenêtre, et les logos imprimés restaient lisibles après un an. Bien que le contraste de l’image soit encore inférieur à celui du papier commercial entièrement optimisé, les performances correspondaient à celles des papiers thermiques à base de BPA.

Les tests de sécurité ont également montré un avantage net, car les développeurs à base de lignine ont affiché une activité de type œstrogénique inférieure de deux à quatre ordres de grandeur à celle du BPA. Le sensibilisateur à base de sucre n’a montré aucun profil œstrogénique ou toxique dans les conditions testées.

L’étude montre que des formulations de papier thermique plus sûres peuvent être fabriquées directement à partir de biomasse non comestible en utilisant des étapes de transformation simples. Bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour optimiser la qualité d’impression et la montée en échelle, les résultats indiquent la voie vers des reçus et étiquettes qui font leur travail sans dépendre de produits chimiques problématiques.

Article : Sustainable Thermal Paper Formulation Using Lignocellulosic Biomass Fractions – Journal : Science Advances – DOI : Lien vers l’étude

Source : EPFL