Interactions eau-amidon dans la semoule de maïs : influence sur la mise en oeuvre par extrusion pour les applications en emballages

Interactions water-starch in corn flour. Influence of the extrusion processing to achieve packaging

• Auteur / Autrice : Stéphanie Brouillet-Fourmann
• Direction : Christian Carrot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux polymères et composites
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Saint-Etienne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux d'emballage

Amidon de maïs

Maïs -- Applications industrielles

Résumé

L'élaboration des matières plastiques incluant des matériaux d'origine biologique pourrait contribuer à restreindre les problèmes de pollution causée par l'incinération des déchets plastiques. Mettre en oeuvre un thermoplastique entièrement biodégradable dans des conditions économiques satisfaisantes est possible à condition de disposer d'une matière première bon marché comme la semoule de mai͏̈s (majoritairement composée d'amidon) et d'utiliser les techniques conventionnelles de mise en oeuvre (extrusion dans le domaine de l'emballage). Ce travail propose de comprendre les interactions entre la semoule de mai͏̈s et l'eau lors d'un apport d'énergie thermomécanique pour définir des conditions de mise en oeuvre par extrusion. L'étude du mécanisme d'hydratation par diverses techniques (DSC, RMN, ATG, CTS) a révélé que le pourcentage d'eau non cristallisable ou liée reste égal à 31 % par unité de masse sèche pour un taux d'humidité égal ou supérieur à 30 %. A partir de cette valeur seuil, apparaît de l'eau cristallisable dite libre dont la teneur augmente avec le taux d'humidité. La présence d'eau libre fragilise les interactions établies entre l'amidon et l'eau (dite ainsi liée) et confère donc à la structure du matériau un état d'équilibre plus instable. La spectroscopie mécanique a montré que l'effet combiné de l'eau et de la température conduit à de transformations structurales : gélatinisation, gélification, fusion. Pour un taux d'humidité égal ou supérieur à 40 %, la fusion précède et accélère la gélification. L'apport d'énergie mécanique conduit alors à un matériau thermoplastique dont le comportement rhéologique, caractérisé en mélangeur interne, est décrit par une loi de Carreau. Les propriétés rhéologiques s'avèrent identiques dans des conditions d'iso-volume libre. Des essais d'extrusion monovis et bivis ont montré la nécessité d'une hydratation de la semoule avant la mise en oeuvre pour produire des matériaux homogènes.

The processing of plastics from vegetable materials leads to limit the environmental problems caused by waste incineration. To process a totally biodegradable thermoplastic at a low cost is possible provided that 2 criteria are fulfilled : a low-cost raw material must be chosen, for example the corn flour (essentially composed of starch). . . [etc. ]