Intérêt des polyesters biosourcés à structure macromoléculaire complexe pour le développement de mélanges à morphologie (nano)fibrillaire

Interest of biobased polyesters with a complex macromolecular structure for the development of blends with (nano)fibrillar morphology

• Auteur / Autrice : Tarek Dadouche
• Direction : Marie-France Lacrampe, Cédric Samuel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et Matière Condensée
• Date : Soutenance le 11/12/2017
• 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 : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord). Département Technologie des Polymères et Composites et Ingénierie Mécanique (2005-2016)
• Partenaire(s) de recherche : École d'ingénieurs : IMT Nord Europe (2017-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyamides

Acide polylactique

Élasticité

Extrusion par voie fondue

Polymères -- Rhéologie

Composites polymères

Alliages de polymères

Biopolymères

Mots clés libres

Procédé d’extrusion-gonflage

Résumé

Ces travaux de thèse sont globalement inscrits dans un contexte d’élaboration des polymères biosourcés comme alternative aux polymères d’origine fossile. Dans un premier temps, des modifications structurales des polyesters biosourcés ont été réalisé par extrusion réactive afin d’améliorer leur viscosité/élasticité à l’état fondu. Il est apparu que l’ajout de 1% en masse de Joncryl à un polyester biosourcé permet d’améliorer son élasticité et son comportement élongationnel. Dans un deuxième temps, la stratégie de modification des polymères biosourcé par mélanges (réactifs) à l’état fondu a été étudié afin de développer une morphologie nano(fibrillaire) lors du procédé d’extrusion et d’injection d’un mélange de type acide polylactique/polyamide (PLA/PA). En modifiant l’élasticité de la matrice (PLA) par extrusion réactive, il a été possible de développer une morphologie nano(fibrillaire) lors de l’extrusion et l’injection. A travers cette étude, des gradients de vitesses critiques liés à la transition nodule-fibrille ont été déterminés et les résultats sont en bon accord avec la condition de fibrillation Ca/Ca(crit)≥4. Enfin, une dernière partie a été consacrée au développement des mélanges de polymères biosourcés à morphologie nano(fibrillaire) par le procédé d’extrusion-gonflage. Les paramètres rhéologiques qui contrôlent l’évolution de la morphologie ont été étudiés dans le cas d’un écoulement élongationnel avec un mélange de type poly(butylene succinate-co-adipate)/polyamide 11 (PBSA/PA11). Il a été montré que La transition nodule-fibrille est purement liée à l’écoulement élongationnel appliqué en sortie de filière de l’extrudeuse et que, le maintien du ''strain hardening'' de la matrice PBSA dépend de la formation des fibrilles de PA11 sous écoulement élongationnel.

The present study is globally included in a general context of the elaboration of biobased polymers as an alternative to the traditional fossil polymers. In a first step, structural and rheological modifications of the biobased polyesters were carried out by reactive extrusion in order to improve their melt viscosity/elasticity. It has been found that the addition of 1% wt of Joncryl to a biobased polyester makes it possible to improve its elasticity and its elongational behavior. In a second step, the strategy of modifying biobased polymers by melt blend was studied to develop a nano(fibrillar) morphology during the process of extrusion and injection of a polylactic acid/polyamide blend (PLA / PA). Increasing the elasticity of the matrix (PLA) by reactive extrusion, it was possible to develop a nano(fibrillar) morphology during extrusion and injection. Through this study, the critical shear rate related to the nodule-fibril transition was determined and the results were in good agreement with the Ca/Ca(crit)≥4 fibrillation condition. Finally, a last section was devoted to the development of biobased polymer blends with a nano(fibrillar) morphology by film blowing process. The rheological parameters controlling the evolution of the morphology were studied in the case of extensional flow using poly(butylene succinate-coadipate)/polyamide 11 (PBSA/PA11) blends. It has been shown that the nodule-fibril transition is purely related to the extensional flow applied at the die exit of the extruder and, the maintenance of the strain hardening of the PBSA matrix depends on the development of the PA11 fibrils under extensional flow.