Structure et comportements thermomécaniques de matériaux à base d’amidon

Structure and mechanical behavior of starch-based materials

• Auteur / Autrice : Lise Leroy
• Direction : Jean-Marc Lefebvre, Valérie Gaucher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 17/12/2014
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité Matériaux et Transformations (Lille ; 2010-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biopolymères

Thermoplastiques

Teneur en eau

Propriétés thermomécaniques

Amidons

Mots clés libres

Esters d'amidon

Résumé

Ce travail, en amont du projet WIBIO portant sur le développement de films d’emballage alimentaire partiellement biosourcés, a pour but de caractériser et de comprendre les relations entre la structure et les propriétés thermomécaniques de l’amidon et du Gaïalène, mélange à base d’amidon et de polyoléfine. L’étude des amidons natifs souligne l’influence de l’eau sur leurs propriétés thermiques ainsi que la difficulté de les déstructurer sans induire de recristallisation. La caractérisation thermomécanique des amidons thermoplastiques plastifiés par l’eau ne permet pas de trancher entre les effets de masse moléculaire et de composition. Malgré un taux d’étirage élevé, aucun phénomène significatif d’orientation n’a cependant pu être mis en évidence. L’étude de tri-esters d’amidon, obtenus par substitution des groupements OH de l’amidon par des chaînes alkyles, montre que ces matériaux hydrophobes présentent une structure en feuillets dans laquelle les chaînes amylacées sont confinées dans des zones planaires séparées par les chaînes alkyles. La composition des amidons n'affecte pas les propriétés thermiques. La longueur des chaines alkyles induit par contre une réduction drastique de la ductilité, dès lors qu'elles ont la capacité de cristalliser. Le suivi par diffraction X in-situ de l’évolution structurale sous étirage des matériaux amorphes révèle une orientation progressive des chaînes amylacées selon l’axe de sollicitation durant l’étirage.

The present work, carried out in the frame of the WIBIO project which deals with the development of partly bio-based food packaging, is aimed at understanding relationships between structure and thermo-mechanical properties of starch based films.The study of native starches underlines the influence of water on the thermal properties and the difficulty to achieve destructuration without promoting recrystallization. Mechanical characterization of water plasticized thermoplastic starch does not enable to conclude on the respective influences of molar mass and composition. Also, in spite of achieving a fairly large draw ration, no significant orientation phenomenon is revealed from X-ray analysis. Structural investigations of starch triesters, obtained by full substitution of starch OH groups by alkyl chains, show that these hydrophobic materials display a sheet-like structure in which the amylaceous chains are confined in planar zones separated by extended alkyl chains. Starch composition has no influence on the thermal properties of these materials. On the contrary, alkyl chain length induces a drastic reduction in drawability, as soon as the chains are long enough to interpenetrate and crystallize. In-situ X-ray diffraction experiments reveal the gradual orientation of amylaceous chains towards the draw axis during the stretching of fully amorphous compositions.