Développement de résines thermoplastiques sur base amylacée par copolymérisation

Development of starch based thermoplastic resins by copolymerization

• Auteur / Autrice : Julie Meimoun
• Direction : Philippe Zinck, Fanny Bonnet, Audrey Favrelle-Huret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 10/11/2017
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyaddition

Polymères vinyliques

Amidons

Copolymères greffés

Thermoplastiques

Mots clés libres

Résines thermoplastiques

Résumé

L’objectif principal de ce travail de thèse est de modifier chimiquement l’amidon via le greffage de polymères de différentes natures. La finalité est d’obtenir des résines thermoplastiques sur base amylacée pouvant former des films avec des propriétés mécaniques suffisantes pour envisager des applications industrielles. L’étude a été élargie à des dextrines, en supplément de l’amidon natif (fécule), afin de s’affranchir des contraintes de viscosité liées à l’emploi de l’amidon lors des synthèses et d’observer l’influence de la masse molaire du substrat sur l’efficacité de greffage et sur les propriétés structurales, thermiques et mécaniques du produit final isolé. Le greffage de polymères vinyliques sur l’amidon / dextrine par polymérisation radicalaire de l’acrylate de butyle et / ou du styrène a été étudié. Des efficacités de greffage élevées à quantitatives (72 à 98 %) ont été obtenues. Des films ont pu être formés par thermo-compression à partir des copolymères synthétisés dès lors que le pourcentage de greffage est assez élevé (GP > 70 %). Le ratio en monomères permet de moduler les propriétés mécaniques des copolymères greffés étant donné que l’acrylate de butyle permet d’augmenter la déformation tandis que le styrène améliore la contrainte. Enfin, une nouvelle voie de greffage a été développée permettant d’obtenir, après optimisation, des résines thermoplastiques (avec 50 % minimum de matière amylacée) qui présentent des propriétés mécaniques en déformation compétitives par rapport à certains polymères pétrosourcés (polypropylène, polyméthacrylate de butyle). Ces dernières font l’objet d’une demande de brevet.

The main objective of this thesis is to modify starch by grafting of polymers of various nature. The final aim of this work is to obtain thermoplastic resins which can form films with interesting mechanical properties to envisage industrial applications. The study was extended to dextrins, in addition to native starch, to avoid the viscosity problems associated with the use of starch during syntheses and to observe the influence of the molar mass of the substrate on the grafting efficiency and on the structural, thermal and mechanical properties of the final product. The grafting of vinyl polymers onto starch / dextrin by radical polymerization of butyl acrylate and / or styrene was studied. Important to quantitative grafting efficiencies (72-98 %) were obtained. Films were formed by thermo-compression when the percentage of grafting is quite high (GP> 70%). The monomers ratio can modulate the mechanical properties of the grafted copolymers. Adding butyl acrylate increases the deformation whereas styrene increases the stress. Then, a new strategie to graft polymers on starch was developed allowing to obtain, after optimization, thermoplastic resins (with a minimum of 50 % starch content) which display competitive mechanical deformation properties compared to oil-based polymers such as polypropylene, poly(butyl methacrylate). These resins are the subject of a patent application.