Modification de la surface de la cellulose par les organosilanes

Cellulose surface modification with organosilanes

• Auteur / Autrice : Olivier Paquet
• Direction : Mohamed Naceur Belgacem, Elisa Zeno
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 08/06/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble, Isère, France ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés pour la bioraffinerie, les matériaux bio-sourcés et l’impression fonctionnelle (Grenoble, Isère, France ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Léonard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Naceur Belgacem, Elisa Zeno, Evelyne Mauret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Emilia da Costa Cabral Amaral, Antonio Pizzi

Mots clés

Mots clés libres

Cellulose

Silanes

Fonctionnalisation

Greffage

Hydrolyse

Condensation

Cellulose

Silanes

Functionalization

Grafting

Condensation

Résumé

Ce manuscrit de thèse traite de la modification de fibres de cellulose, en solutions purement aqueuses, par les organosilanes. Les réactions en phase aqueuse de silanes portants différents groupements chimiques réactifs ont été évaluées in-situ par spectrométrie par résonance magnétique nucléaire et l'influence de divers paramètres (pH, concentration, température) a été étudiée. Les aminosilanes se sont montrés particulièrement adaptés à l'utilisation en conditions correspondant à celles couramment utilisées dans le procédé papetier. En outre, l'adsorption des agents chimiques les plus prometteurs sur des surfaces modèles de cellulose a été testée par la technique microbalance à quartz, en fonction des mêmes paramètres. Cette étude a montré qu'une bonne couverture de la surface est atteinte avec des cinétiques de quelques minutes, et a été suivie d'une légère adsorption continue dans le temps. La nature des interactions entre divers silanes et la cellulose a été testée, et a révélé que le greffage, réalisé avec succès dans ce travail, relève d'interactions fortes. Enfin, deux types de fibres (résineux et feuillus) ont été utilisés afin de mesurer le potentiel d'utilisation des organosilanes pour répondre à une problématique industrielle impliquant les propriétés mécaniques du papier et sa douceur. Des résultats mitigés ont été obtenus, bien que le succès du procédé de greffage ait été avéré pour les différentes fibres.

This dissertation describes the chemical modification of cellulosic fibers by organosilanes. The reactions of silanes bearing various functional groups were carried out in pure aqueous solution and followed in-situ by nuclear magnetic resonance spectrometry. The effect of pH, concentration, and temperature on the reaction kinetics was studied. Aminosilanes could be processed in conditions similar to those commonly used in the papermaking. Furthermore, the adsorption of the most promising grafting agents on model cellulose surfaces was investigated by mean of a quartz crystal microbalance, and the effect of the same parameters was evaluated. This study showed that a good surface coverage is attained rapidly, i.e., within only a few minutes. Then, a slower but continuous adsorption was observed over time. The nature of the interactions between various silanes and cellulose was tested. It was shown that the grafting was successfully performed, thus giving rise to the formation of strong interactions between the adsorbate and the adsorbent. Finally, two types of fibers (softwood and hardwood) were used in order to evaluate the effect of organosilanes on mechanical properties and the softness of paper. The results obtained showed quite modest effects, even though the success of the grafting was assessed on both type of fibers.