Un masque biodégradable qui peut protéger confortablement son porteur sans nuire à l’environnement est un pas de plus vers la réalité, grâce à la recherche de McMaster’s Centre d’excellence en équipements et matériaux de protection (CEPEM).
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La chercheuse postdoctorale Sneha Shanbhag et la candidate au doctorat Rong Wu ont mis au point un filtre à air compostable et respirant efficace fabriqué à partir de protéines à base de maïs.
C’est une percée prometteuse pour une gamme durable d’équipements de protection individuelle, a déclaré le directeur du centre, Ravi Selvaganapathy, professeur de génie mécanique et de génie biomédical à McMaster.
Trouver des moyens de verdir l’industrie des EPI a toujours été un objectif pour le CEPEM, qui a ouvert ses portes en juin 2020 en réponse au besoin urgent d’expertise canadienne dans le domaine.
« La plupart des matériaux filtrants de haute qualité utilisés dans les EPI sont fabriqués à partir de matériaux dérivés de combustibles fossiles qui ne se dégradent pas naturellement dans l’environnement », déclare Selvaganapathy.
« Ce sont des matériaux pour toujours qui resteront sur place s’ils ne sont pas éliminés correctement et qu’il n’y a pas de bon mécanisme pour s’en débarrasser. »
Voir des tas de masques faciaux jetés a motivé Shanbhag et Wu à trouver un moyen plus durable sur le plan environnemental pour assurer la sécurité des personnes.
« Nous nous soucions tous les deux beaucoup de la terre et de l’environnement et nous voulions voir une option biodégradable se développer », explique Wu.
Le duo s’est penché sur la zéine, une protéine de maïs à faible valeur nutritionnelle qui pourrait potentiellement provenir de déchets agricoles, en tant que polymère végétal rentable.
Ils ont développé un matériau de filtration viable en électrofilant de la zéine sur une base de papier. Ils ont amélioré la durabilité et la résistance du filtre à l’humidité en réticulant la zéine avec de l’acide citrique pour l’empêcher de gonfler, de se fissurer ou de se décoller du support en papier.
Et après avoir testé des conceptions assorties, Shanbhag et Wu ont découvert que l’empilement des fibres dans un filtre plissé améliorait sa respirabilité sur une utilisation à plus long terme, tout en maintenant les qualités de filtration appropriées à un masque de niveau N-95.
Les essais ont révélé que le matériau se décomposerait en un mois environ, ce qui en ferait une alternative biodégradable viable aux filtres à base de polypropylène dans les masques et les respirateurs.
« Je pense qu’il y a beaucoup d’intérêt dans l’industrie et la communauté de recherche pour produire des matériaux biodégradables, mais il y a un écart entre notre connaissance de ces matériaux et leur transformation en EPI fonctionnels », déclare Shanbhag.
« Nous avons reconnu l’opportunité d’utiliser les capacités du centre pour développer quelque chose d’utile qui pourrait potentiellement être une solution pour les années à venir. »
Les recherches de Shanbhag et Wu, financées par les gouvernements fédéral et provincial, ont été publié dans la revue Membranes en mars.
La recherche est un début très prometteur vers la création d’EPI biodégradables viables fabriqués au Canada, déclare Selvaganapathy.
En plus d’intégrer des propriétés antimicrobiennes dans le matériau, le centre explorera l’utilisation d’autres polymères naturels, tels que des extraits de cosses de maïs ou de blé, pour améliorer encore la structure du filtre.
« Par exemple, si nous mélangeons de la cellulose avec de la zéine pour obtenir de meilleures propriétés structurelles, nous pourrions supprimer cette sous-couche de papier et avoir un matériau solide, avec une bonne filtration. »
L’utilisation de produits végétaux qui sont actuellement gaspillés offre un approvisionnement rentable en matières premières pour maintenir la compétitivité financière des masques biodégradables, explique Selvaganapathy.
Mais cela détourne également ces produits du flux de déchets, où ils ajouteraient autrement des gaz à effet de serre lorsqu’ils sont brûlés ou éliminés dans une décharge.
Shanbhag développe également un matériau à base de biopolymère aux propriétés élastiques qui pourrait potentiellement être utilisé pour les sangles d’oreille des masques à l’avenir.
Il existe un intérêt significatif pour les matériaux biodégradables et rentables pour les EPI, déclare Selvaganapathy.
« La durabilité est devenue un critère très important pour presque tous les fabricants au Canada.
Le CEPEM concentre l’ingéniosité de la recherche en génie de McMaster sur les défis des EPI de prochaine génération, déclare John Preston, doyen associé, Recherche, innovation et relations externes à la Faculté de génie.
« Nous voyons notre recherche et développement aider les entreprises canadiennes à devenir des chefs de file mondiaux de l’industrie.
Écrit par Kim Arnott
Source: Université McMaster