Matériaux issus de ressources renouvelables. Mélanges amidon plastifié/PA11 compatibilisés

Renewable ressources based material: compatibilized plasticized starch / Polyamide11 blend

• Auteur / Autrice : Emmanuel Landreau
• Direction : Lan Tighzert, Christophe Bliard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Reims

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères -- Détérioration

Tension superficielle

Matières plastiques -- Extrusion

Amidons

Biopolymères

Mots clés libres

Amidon plastifié, Compatibilisation, Extrusion bi-vis, Polyamide 11, Mélange de polymères

Résumé

Pour développer un matériau issu de ressources renouvelables, l'amidon plastifié a donc été mélangé au polyamide 11, issu de l'huile de ricin, dans le but d'améliorer ses propriétés mécaniques et sa résistance à l'eau. Malgré la forte polarité des liaisons amide, le mélange a besoin d'être compatibilisé. Les différents compatibisants étudiés sont des polysaccharides anioniques susceptibles de développer des interactions avec le polyamide et l'amidon: alginate de sodium, carraghenane et carboxymethylcellulose. Des tests en mélangeur interne montrent que seule la carboxyméthylcellulose (CMC) permet une amélioration effective des propriétés mécaniques des mélanges. L'optimisation de la quantité de plastifiant, de compatibilisant et du procédé de mélange permet d'obtenir un matériau contenant majoritairement de l'amidon plastifié (70%) qui conserve un allongement et une contrainte à la rupture élevée (130%, 15MPa) avec seulement 1% de CMC. Ces matériaux ont été réalisés en extrudeuse bivis afin d'être étudié en détail. La morphologie étudiée par: MEB, extraction sélective, rhéologie et résistance électrique; montre que le PA 11 forme une phase continue jusqu'à plus de 80% d'amidon plastifié. L'amidon forme des nodules sphériques qui percolent à partir de 30% d'amidon plastifié pour former une phase partiellement co-continue. Il subsiste cependant une fraction dispersée jusqu'à 80% d'amidon. La CMC diminue la tension interfaciale et ainsi diminuer la taille des nodules et de prévenir leur coalescence. Des tests de compostage sur les mélanges ont montré que la minéralisation de l'amidon est importante quelque soit sa proportion, mais que le PA reste inchangé

To develop renewable resources based material, plasticized starch were blend with polyamide 11, a bio-based polymer from castor oil, to improve its mechanical properties and water resistance. Through the high polarity of the amide group, the blends need a compatibilizer to be efficient. The different molecules tested are polysaccharides with anionic groups known to interact with polyamide: sodium alginate, carraghenan and sodium carboxymethylcellulose. Tests runs in blender show that only sodium carboxymethylcellulose (CMC) can improve blend tensile properties. Optimization of the plasticizer, the compatibilizer level and the blend process lead to a mainly starch based material (70%) with a high tensile strength (15 MPa) and elongation at break (130%) with only 1% of CMC. These materials were blends in a twin screw extruder to be studied. SEM, solvent extraction, rheology and electrical resistance mesurment show a continuous PA phase up to 80% of starch. The polysaccharide has a mainly nodular morphology with a partial percolation around 30% starch. Isolated nodules co-exist with a co-continous structure up very high starch content. CMC reduce interfacial tension and nodule size preventing their coalescence. Compostability test on blends, show that starch mineralization is complete whatever its concentration is, but PA remain resistant to biodegradation