Mathematical modelling of the chitosan fiber formation by wet-spinning

par Alexandru Alin Enache

Thèse de doctorat en Génie chimique

Sous la direction de Jean-Pierre Puaux et de Grigore Bozga.

Soutenue le 21-06-2018

à Lyon en cotutelle avec l'Universitatea politehnica (Bucarest) , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères UMR 5223 (Rhône-Alpes) (laboratoire) .

Le président du jury était Dănuț- Ionel Văireanu.

Le jury était composé de Jean-Pierre Puaux, Grigore Bozga, Annelise Faivre, Sanda Velea, Laurent David.

Les rapporteurs étaient Jacques Fages, Teodor Todinca.

  • Titre traduit

    Modélisation du procédé d'élaboration de fibres de chitosane


  • Résumé

    Le chitosane est un polymère naturel obtenu par deacétylation de la chitine. Ce polysaccharide est bien connu pour ses propriétés biologiques exceptionnelles : il est biocompatible et biorésorbable. Les fibres de chitosane peuvent être utilisées en chirurgie. L'objectif de cette thèse est d'étudier les phénomènes physico-chimiques mis en jeu, de développer un modèle du procédé, afin d'optimiser le procédé de filage mis au point au laboratoire.Après une revue de la littérature dans le premier chapitre, les techniques expérimentales d'obtention, de purification, et de caractérisation du chitosane sont décrits dans le deuxième chapitre. Une étude de la structure du chitosane obtenu est présentée. C'est l'un des résultats originaux de ce travail.Le principe du procédé étant par coagulation en solution, il est essentiel de déterminer dans quelle condition celle-ci s'effectue, et quel est le paramètre déterminant. Les études précédentes ont montré que celui-ci est le coefficient de diffusion de la soude dans le milieu. A cet effet, des mesures ont été effectuées, dans des géométries différentes. Cette étude constitue le travail présenté dans le chapitre trois.Dans le chapitre quatre est présentée une technique consistant à suivre au moyen d'un microscope l'avancée du front de coagulation. Cette technique a permis de déterminer précisément le coefficient de diffusion.Le dernier chapitre a consisté à élaborer des fibres au moyen d'un banc que possède le laboratoire (IMP Lyon 1). L'étape ultime de ce travail a été de modéliser le procédé, de prévoir les diamètres intérieur et extérieur des fibres obtenues, et de comparer le résultat de la modélisation aux résultats expérimentaux


  • Résumé

    Chitosan is a natural polymer obtained by deacetylation of chitin. This polysaccharide is well known for its exceptional biological properties: it is biocompatible and bio absorbable. Chitosan fibers can be used in surgery.The objective of this thesis is to study the physicochemical phenomena involved, to develop a process model, to optimize the filtering process in the laboratory.After a review of the literature in the first chapter, the experimental techniques for obtaining, purifying and characterizing chitosan are described in the second chapter. A study of the structure of the chitosan obtained is presented. This is one of the original results of this work.The principle of the coagulation method in solution, it is essential to determine in what condition it, and what is the determining parameter. Previous studies have shown that this is the diffusion coefficient of soda in the medium. One effect, measurements were made, in different geometries. This study constitutes the work presented in Chapter Three.In chapter four is presented a technique consisting in following by means of a microscope the advance of the coagulation front. This technique makes it possible to determine the diffusion coefficient.The last chapter consisted of developing fibers using a small scale plant existing in laboratory (IMP Lyon 1). The final element of this work consists of modelling the process, calculating the inside and outside diameters of the fibers obtained and comparing the result of the modelling with the experimental results


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