Oxydation tempo des fibres lignocellulosiques: une nouvelle approche pour le traitement silanique efficace

Abstract

Les matériaux biosourcés ont un intérêt en ingénierie parce qu’ils sont biodégradables et dérivés directement de la nature. De plus, les matières biosourcés sont obtenues à partir de ressources renouvelables comme les plantes (c.-à-d. les fibres cellulosiques comme le lin, le chanvre, le jute, etc.). Les fibres lignocellulosiques sont un bon choix pour renforcer les matrices polymères en raison de leur abondance et de leur prix inférieur à celui des fibres synthétiques conventionnelles. Parmi elles, la fibre de lin est considérée comme un renfort vert alternatif dans les composites polymères en raison de ses bonnes propriétés mécaniques telles qu’une résistance spécifique élevée comparable à celle de la fibre de verre. Malgré tous les avantages de la fibre de lin, ses applications sont limitées en raison de sa nature hydrophile causée par la teneur élevée en holocellulose et la présence de groupes hydroxylés. L’hydrophilicité de la fibre de lin cause une absorption d’humidité élevée qui entraîne une faible adhérence interfaciale, une mauvaise dispersion des fibres dans les matrices et, éventuellement, des changements dimensionnels à l’intérieur des composites. Différents traitements (physiques, chimiques et physicochimiques) ont été effectués pour modifier les propriétés de surface des fibres naturelles. Parmi ceux-ci, l’application d’agents de couplage silaniques, principalement développés pour le traitement de surface des fibres de verre, a été envisagée pour les fibres lignocellulosiques, du fait de la présence de groupes fonctionnels hydroxylés à leur surface Cependant, les agents de couplage silaniques doivent subir une pré- hydrolyse au début du traitement de surface des fibres naturelles en raison de la moindre réactivité des groupes hydroxylés de la cellulose. Les fibres naturelles traitées en surface doivent également être traitées thermiquement à la fin du processus de traitement au silane. Pour éviter ces étapes, la fibre de lin devrait être fonctionnalisée par oxydation sélective des groupes hydroxylés de la cellulose avant le traitement au silane. Cette méthode permet de créer des groupes carboxylés sur la surface de la fibre et d’obtenir une plus forte interaction/liaison avec les molécules de silane. L’effet de l’oxydation sélective sur l’efficacité du greffage des molécules de silane sur les fibres et, par la suite, sur les propriétés physiques et mécaniques de la fibre traitée en surface a été caractérisé. Finalement, des fibres traitées au silane avec et sans oxydation (alcaline-silane et silane oxydé) ont été utilisées pour renforcer une résine bioépoxy. Des essais de flexion et de cisaillement ont été effectuésii tandis que l’analyse thermogravimétrique (TGA), l’analyse mécanique dynamique (DMA) et l’absorption d’eau ont été utilisées pour examiner les propriétés physiques des composites. Les résultats ont montré une augmentation significative des propriétés physiques et mécaniques de la fibre de lin lorsque celle-ci étaint oxydée avant le traitement au silane. De plus, une résistance interfaciale plus élevée et une absorption d’eau plus faible ont été obtenues.