Show simple document record

Other titre : Étude de la cristallisation, perméabilité et dégradabilité de nanocomposites Poly lactique acide / Nanocristaux d’amidon

dc.contributor.advisorRobert, Mathieu
dc.contributor.advisorElkoun, Saïd
dc.contributor.authorSharafi Zamir, Somayehfr
dc.date.accessioned2020-03-23T15:56:15Z
dc.date.available2020-03-23T15:56:15Z
dc.date.created2020fr
dc.date.issued2020-03-23
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11143/16788
dc.description.abstractLe mélange d'amidon et de PLA est une approche bien connue et économique permettant d’obtenir les propriétés désirés en fonction des besoins de l’industrie. Le composite PLA/amidon est l’un des mélanges les plus prometteurs offrant de nombreux avantages car le PLA présente des caractéristiques exceptionnelles, telles que des propriétés mécaniques élevées (ex : résistance élevée), une bonne transparence, une biocompatibilité et une biodégradabilité. De plus, le PLA est l’un des polymères bioplastiques le plus largement utilisé, qui convient parfaitement aux applications d’emballages alimentaires. Cependant, le PLA présente certains inconvénients tels que la fragilité, une faible rigidité à l'état fondu, un faible taux de cristallinité, taux d'oxygène élevé et une perméabilité élevée à la vapeur d'eau. Jusqu'à maintenant, des nombreux méthodes différents ont été préparés pour améliorer la cristallinité et les propriétés de barrière du PLA, tels que l'ajout d'agents de nucléation, l'ajout de plastifiants et aussi l'ajout d'une combinaison d'agents de nucléation et de plastifiants. Parmi ceux-ci, l’ajout d’agents de nucléation est l’un des méthodes les plus polyvalents de renforcer non seulement le taux de cristallinité mais aussi d’induire une taille et une structure cristalline plus uniforme qui contrôlent d’autres propriétés. De plus, il a été démontré que l’ajout d’agents de nucléation peut modifier les structures cristallines et d’autres propriétés physiques du PLA, telles que les propriétés mécaniques et les propriétés de barrière aux gaz. L'ajout d'agents de nucléation est une approche efficace et polyvalente pour améliorer non seulement le taux de cristallisation, mais également les propriétés de barrière aux gaz des nanocomposites de PLA. L'ajout d'agent de nucléation crée un obstacle physique au passage des molécules de gaz. Il peut donc être une option unique pour concevoir les propriétés de barrière des nanocomposites de PLA. Au cours des dernières années, on s’intéresse de plus en plus au renfort des propriétés de barrière des PLA par l’ajout de nano-charges bio tels que les nano-cristaux d’amidon (SNCs). Les SCNs sont l’un des nano-bio-matériaux les plus prometteurs qui conservent non seulement les propriétés de l’amidon telles que la renouvelabilité, la non-toxicité et la biodégradabilité, mais aussi une surface spécifique élevée, une homogénéité élevée et donc une énergie de surface élevée. Cependant, PLA et SNCs ont une faible adhésion interfaciale en raison de l'incongruité de leur hydrophilie. En effet, il est nécessaire de renforcer la compatibilité entre deux composants. Le greffage de SNCs avec des molécules biosourcées telles que l’acide lactique (LA) semble produire des matériaux hydrophobes pour SNCs, ce qui peut augmenter l’adhésion interfaciale entre SNCs et PLA. LA est un acide organique avec différents groupes fonctionnels (ex -COOH). Donc, il peut réagir avec les SNCs pour créer un ester. En utilisant cette méthodologie d'estérification simple, la fonctionnalisation covalente des SNCs permet leur bonne dispersion dans les composites correspondants. Par ailleurs, LA est un monomère de structure cristalline de PLA. Par conséquent, la modification chimique des SNCs avec LA ne conduit pas seulement à un composite entièrement biodégradable, mais augmente également l'adhésion interfaciale entre le PLA et les SNC. Dans ce travail, les SNCs ont été greffées chimiquement avec de l'acide lactique par réaction d'estérification et leur compatibilité avec la matrice PLA a été étudié de manière exhaustive. Dans la deuxième étape, l’effet des SNCs greffées en tant qu’agent de nucléation sur la cinétique de cristallisation (nucléation, taux de croissance de la sphérulite) du PLA a été déterminé. Cela est obtenu en comparant le comportement de cristallisation de nanocomposites PLA/SNCs-g-LA à différentes concentrations de nanoparticules de SNCs-g-LA. Par ailleurs, l'aptitude des SNCs à contrôler les conformations cristallines et les structures cristallines du PLA (α et α') est étudiée. Cette partie ouvre la voie à la recherche de concentrations optimales de nanoparticules de SNCs-g-LA sur la structure cristalline impaire de contrôle. Dans cette étude, on examine l'effet des nanoparticules et de la cristallinité de SNCs-g-LA sur la perméabilité à l'oxygène et à la vapeur d'eau de PLA en raison de la modification de l'épaisseur et de la cristallinité de ses cristaux.fr
dc.description.abstractAbstract: Blending of Poly (lactic acid) (PLA) with starch is a promising and economical approach to achieve desirable properties according to the needs of the food packaging industry. PLA/starch blend offers several benefits compared to other biodegradable polymer blend because of desirable characteristics of PLA such as high mechanical properties (i.e. high strength), good transparency, biocompatibility and biodegradability. In addition, PLA is one the most widely available bioplastic polymer that is suitable in food packaging applications. However, PLA has some drawbacks such as low melt rigidity, low rate of crystallinity and high oxygen and water vapor permeability. Until now, many different methods have been found to improve the crystallinity and barrier properties of PLA such as adding nucleating agents, adding plasticizers, and adding combination of nucleating agents and plasticizers. Among them, adding nucleating agents is one the most versatile method due to the fact that they not only enhance the rate of crystallinity but also induce a more uniform crystalline size and crystal structures. In addition, it has been shown that the adding of nucleating agents can modify crystalline structures and other physical properties of PLA such as gas barrier properties. This is because of the fact that pure PLA has a higher amorphous to crystalline content, which is known to facilitate gas permeability. Thus, the addition of nucleating agent can create physical obstacle and hindered the passage of the gas molecules and therefore improve the barrier properties of PLA nanocomposite. In recent years there is a growing interest on enhancing crystallinity of PLA by adding natural nano-fillers such as starch nanocrystals (SNCs). SNCs is one of the most promising natural nano-filler that not only retains starch properties such as renewability and biodegradability but also, has high specific surface area, high homogeneity and hence high surface energy. However, PLA and SNCs have a poor interfacial adhesion due to the difference in their hydrophilicity. Therefore, there is a need to enhance the compatibility between two components. Grafting of SNCs with bio-based molecules such as lactic acid (LA) result in hydrophobic SNCs materials which can then increase the interfacial adhesion between SNCs and PLA. LA is an organic acid with different functional groups (i.e.−COOH). Hence, some –OH functional groups of SNCs can replace with −COOH groups to create an ester bond. Using this straightforward esterification methodology, covalent functionalization of SNCs, enables good dispersion of SNCs into the corresponding composites. Moreover, LA is a monomer of PLA crystal structure. Therefore, chemical modification of SNCs with LA not only results in an entirely biodegradable composite but also increase the interfacial adhesion between PLA and SNCs. In the first step of this work, SNCs were chemically grafted with lactic acid (SNCs-g-LA) through esterification reaction and their compatibility with PLA matrix was studied comprehensively. In the second step, the effect of SNCs-g-LA as a nucleating agent on the kinetics of crystallization (nucleation and spherulite growth rate) of PLA was determined. This was done by comparing crystallization behaviour of PLA/SNCs-g-LA nanocomposites at different concentrations of SNCs-g-LA nanoparticles. Additionally, the ability of SNCs-g-LA nanoparticles to control crystalline conformations (𝛼 𝑎𝑛𝑑 𝛼′), phase transition temperature and melting behaviour of PLA from melt state are studied. Finally, the effect of impermeable crystalline regions and 𝛼 𝑎𝑛𝑑 𝛼′structures on the oxygen and water vapour permeability of PLA nanocomposites is examined.fr
dc.language.isoengfr
dc.publisherUniversité de Sherbrookefr
dc.rights© Somayeh Sharafi Zamirfr
dc.subjectPoly (acide lactique)fr
dc.subjectSNCsfr
dc.subjectAgent de nucléationfr
dc.subjectCristallisationfr
dc.subjectPropriétés de barrièrefr
dc.subjectPoly (lactic acid)fr
dc.subjectNucleating agentsfr
dc.subjectCrystallizationfr
dc.subjectBarrier propertiesfr
dc.titlePLA/Starch nanochrystals nanocomposite: study of crystallinity, gas permeability and biodegradabilityfr
dc.title.alternativeÉtude de la cristallisation, perméabilité et dégradabilité de nanocomposites Poly lactique acide / Nanocristaux d’amidonfr
dc.typeThèsefr
tme.degree.disciplineGénie chimiquefr
tme.degree.grantorFaculté de géniefr
tme.degree.levelDoctoratfr
tme.degree.namePh.D.fr


Files in this document

Thumbnail

This document appears in the following Collection(s)

Show simple document record