Mémoire de forme et matériaux à base d'amidon : propriétés et mécanismes impliqués

Shape memory and starch based materials : properties and mechanisms involved

• Auteur / Autrice : Cyril Vechambre
• Direction : Denis Lourdin, Alain Buléon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des Matériaux
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Végétal-Environnement-Nutrition-Agro-Alimentaire-Mer (Angers)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amidons

Polymères

Macromolécules

Mots clés libres

Mobilité moléculaire

Polymères à mémoire de forme

Orientation macromoléculaire

Résumé

Cette étude porte sur la caractérisation et la compréhension de l’effet mémoire de forme dans les matériaux en amidon extrudé. Les performances de mémoire de forme, définie par (i) la fixité de forme, (ii) la recouvrance de forme, (iii) la recouvrance de contrainte, d’un amidon thermoplastique sont comparables à celles observées pour les polymères de synthèse. Dans des conditions optimales, la fixité est proche de 98%, la recouvrance de forme de 95% et la recouvrance de contrainte environ 3MPa. Pour l’amidon, l’effet mémoire de forme peut être déclenché par la température et l’humidité. La spectroscopie infrarouge polarisée et la diffusion des rayons X ont été adaptées afin d’élucider l’organisation amorphe, siège de la mémoire de forme pour l’amidon extrudé. Grâce à ces techniques d’analyses, il à pu être mis en évidence la présence d’une orientation de la phase amorphe induite lors de la déformation ainsi que la présence d’un ordre local qui serait constitué de fragments d’hélices. Cet ordre local permet aux chaînes de s’orienter sans qu’il y ait de glissement. La recouvrance de forme à lieu au passage de la transition vitreuse est conduit à un état isotrope. Il a été mis en évidence que la déformation conduit à la formation de contraintes résiduelles, dont l’intensité est linéairement dépendante de niveau d’orientation. Dans la forme temporaire une diminution de la mobilité moléculaire est observée, elle pourrait être liée à la présence d’un réseau secondaire, formé durant la déformation. Les résultats sont discutés sur la base des hypothèses émises pour les mécanismes de mémoire de forme dans les polymères synthétiques.

The main objective of this study was to characterize the shape memory effect in extruded starch-based materials and to understand the related structure implicated in this particular effect. The shape memory performances of thermoplastic starch are very similar to those of most synthetic polymers, with for optimized conditions, a fixity about 98%, a shape recovery of 95% and a recovery stress close to 3MPa. Moreover, the shape change of starch-based materials can be triggered by both humidity and temperature. Synchrotron radiation polarized infrared microspectroscopy and wide angle x-ray scattering experiments evidence a orientation of amorphous segments and the presence of a local order constituted of helical fragments. This local order allow chains orientation without slippage. Shape recovery stimulated at the glass transition lead to a isotropic state. It has been shown that the deformation induce the formation of residual stresses, linearly dependent on the orientation of the amorphous chains. In the temporary shape a lower molecular mobility is observed. This lower mobility can results from the formation of a secondary network, created during the deformation and seems to be due to hydrogen bonds. The results are discussed in terms of usual mechanisms proposed for shape memory synthetic polymers