Réticulation de fibres lignocellulosiques et d’amidon : Vers de nouveaux matériaux pour l’industrie papetière

Crosslinking of starch and lignocellulosic fibers : Towards new materials for the paper industry

• Auteur / Autrice : Pierre-Henri Elchinger
• Direction : Rachida Zerrouki, Daniel Montplaisir
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie appliquée. Chimie des substances naturelles
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Limoges en cotutelle avec Québec, Trois Rivières
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie des Substances Naturelles
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couplage, Théorie du

Polysaccharides

Réticulation (polymérisation)

Pâte à papier

Amidons

Fibres cellulosiques

Lignocellulose

Mots clés libres

Cuaac

Résumé

Au travers de ce manuscrit, nous présentons la mise au point d'une réaction de réticulation entre l'amidon et les fibres lignocellulosiques de la pâte à papier. Ce travail a pour but d'explorer de nouveaux champs d'applications, et de nouvelles voies de valorisations des pâtes papetières. La réticulation permet à la fois d'intégrer l'amidon à la pâte, et de former un réseau tridimensionnel renforcé, pouvant conduire à de nouveaux matériaux plus résistants. Nous avons choisi, pour ce couplage, la cycloaddition 1,3-dipolaire de Huisgen catalysée par le cuivre. Deux approches de synthèse ont été envisagées. D'une part, l'amidon propargylées. Dans le but de nous affranchir des solvants organiques, nous avons étudié les réactions de propargylation et de tosylation des fibres lignocellulosiques dans l'eau, en utilisant la cellulose microcristalline comme modèle pour la mise au point. L'étude a tout d'abord été réalisée dans le système NaOH/H2O, puis la soude a été remplacée par du chlorure de sodium. La réaction de couplage a été réalisée dans l'eau. L'analyse des précurseurs et des produits de réticulation a été effectuée par XPS, DRX, MEB, et par une série de tests physiques. L'évaluation des propriétés physiques des différentes feuilles intégrant des fibres lignocellulosiques modifiées, et d'amidon modifié, nous a permis de confirmer le couplage. Les valeurs de résistance des feuilles, contenant l'amidon azidé et les fibres propargylées, se sont montrées nettement supérieures aux feuilles de pâte Kraft de références.

Through this work, we present the development of a crosslinking reaction between starch and lignocellulosic fibers of the pulp. This work aims to explore new applications and new ways of valuation of paper pulp. This crosslink incorporates both starch and pulp to create a strengthened three-dimensional network, which could lead to more resistant material. The 1-3 dipolar cycloaddition reaction of Huisgen catalised by copper was chosen for this crosslink. Two synthetic routes have been tested. First, propargyled starch was coupled with azitated pulp fibers, and secondly, azitated starch was coupled with propargyled pulp fibers. In order to avoid organic solvents, the propargylation and tosylation of lignocellulosic fibers were studied in water, using microcrystalline cellulose as a model for development. The first approach was conducted thanks to the system NaOH/H2O, then soda was replaced by sodium chloride. The crosslinking reaction was carried out in water. The analysis of precursors and products of crosslinking was performed by XPS, XRD, SEM and by a serie of physical tests. The evaluation of physical properties of various sheets, incorporating modified lignocellulosic fibers and modified starch, confirmed the chemical crosslinking. The resistance values of the sheets containing azidated starch and propargyles fibers, are superior to those of the reference sheets with Kraft pulp.