Etude des relations élaboration, morphologie et comportement mécanique de mélanges et (nano)composites à base d’amidon
(Relationships between processing, morphology and mechanical behaviour of starch based blends and (nano)composites)

URL d'accès : http://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupver...

Auteur(s):  Vanmarcke, Audrey
Date de soutenance : 19/12/2017
Éditeur(s) : Université Lille1 - Sciences et Technologies 

Langue : Français
Directeur(s) de thèse :  Gaucher, Valérie ; Duquesne, Sophie ; Stoclet, Grégory
Laboratoire : Unité matériaux et transformation (UMET)
Ecole doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq)

Classification : Génie chimique, technologies alimentaires
Discipline : Physique et science des matériaux
Mots-clés : Nanocomposites
Compatibilisation
Composites polymères
Nanoparticules
Polyoléfines
Matériaux -- Propriétés mécaniques
Interfaces (sciences physiques)
Rayons X -- Diffraction
Amidons

Résumé : L’amidon, de par son faible coût et son abondance, est un candidat de choix dans le développement de nouveaux biopolymères. Cependant, les propriétés mécaniques de l’amidon thermoplastique (TPS) étant inférieures à celles des polymères pétro-sourcés, il est très souvent mélangé à une polyoléfine (PO) résultant en un mélange incompatible dont la morphologie doit être optimisée. L’objectif de cette étude est d’améliorer la compatibilité de mélanges PO/TPS en modulant les propriétés de l’interface via l’utilisation de polyoléfines de polarité différente d’une part, et d’autre part, par l’ajout de nanocharges à l’interface du mélange. Le suivi de l’évolution de la structure des mélanges par SAXS lors d’essais de traction in situ a montré que les premiers signes de décohésion apparaissent pour des taux de déformation plus élevés lorsque le TPS est mélangé avec une PO plus polaire, indiquant l’existence d’une meilleure interface. Des nanocharges de carbonate de calcium (CaCO3) de polarité différente ont ensuite été ajoutées aux mélanges. Selon leur polarité, les CaCO3 peuvent être localisées à l’interface ou dans la phase dispersée amylacée donnant lieu à une réduction ou à une augmentation de sa taille selon la nature de la PO. L’étude du comportement mécanique a montré une augmentation des contraintes avec la PO la plus polaire indépendamment de la localisation des CaCO3 dans le mélange. Ceci met en évidence le fait qu’une compatibilisation par ajout de nanocharges ne nécessite pas uniquement de contrôler la dispersion pour les placer à l’interface du mélange, il faut également prendre en compte les propriétés intrinsèques de chaque composant.


Résumé (anglais) : Among the various bio-based polymers considered as potential alternative of oil-based plastics, starch appears as one of the most interesting materials due to its wide availability and low cost. However, thermoplastic starch (TPS) exhibits poor mechanical properties as compared to synthetic polymers. One strategy used to overcome this drawback consists in blending TPS with a polyolefin (PO) resulting in an incompatible blend which morphology has to be optimized. In that frame, the main objective of this work is to enhance the mechanical performances of PO/TPS blends via a modulation of the interface properties by using polyolefins with different polarity and by adding nanoparticles to compatibilize the blends. The structural evolution of the blends induced by strain has been followed in situ by SAXS and revealed that the first signs of decohesion appear at higher strain rates when the TPS is mixed with the more polar polyolefin indicating a better adhesion in this blend. Calcium carbonate nanoparticles (CaCO3) with different polarities were then added to the blends. According to their polarity, the CaCO3 were located at the interface or in the dispersed phase composed of TPS, resulting in a refinement or a coarsening of the morphology depending on the polyolefin used. The study of the mechanical behavior shows an increase in the tensile properties for the more polar PO. These observations were made regardless the localization of the CaCO3 in the blends, meaning that achieving a compatibilization with nanoparticles does not only require to control their dispersion and their localization, the intrinsic properties of the raw materials have also to be taken into account.


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