Élaboration et application d’agents fixateurs de colorants à base de chitosane pour l’industrie papetière

Elaboration of chitosan-based dyes fixing agents for paper applications

• Auteur / Autrice : Anais Altounian
• Direction : Thierry Delair, Stéphane Trombotto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux et composites
• Date : Soutenance le 18/12/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Bounor-Legaré
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Delair, Stéphane Trombotto, Isabelle Royaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ghislain David, Audrey Tourrette

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solubilité

Produits du papier

Colorants dans les aliments

Chitosane

Mots clés libres

Chitosane

Colorants alimentaires

Agent fixateur

Procédé papetier

Solubilité

Chitosan

Food dyes

Fixing agent

Papermaking process

Solubility

Résumé

Au cours des dernières années, des progrès ont été faits dans le domaine papetier. De plus, le développement de nouveaux matériaux biosourcés a fait l’objet de nombreux sujets de recherche. L’élaboration de fixateurs de colorants alimentaires anioniques à base de chitosane destinés à l’industrie papetière, s’inscrit donc dans ce contexte R & D. Ce projet, proposé par la société Colorey et mené à bien en collaboration avec le laboratoire d’Ingénierie des Matériaux Polymères (IMP, UMR 5223), a consisté en l’utilisation de chitosane (unique polycation naturel) tel quel pour la coloration en surface du papier, ou modifié avec le chlorure de glycidyltriméthylammonium (GTMAC) sous la forme de chitosane quaternarisé (Chi-GTMAC), pour la coloration dans la masse. Ce dernier procédé de coloration requiert un pH neutre ou légèrement alcalin, ce qui est incompatible avec la solubilisation du chitosane, qui nécessite un milieu aqueux acide. C’est pourquoi le Chi-GTMAC, comportant des fonctions triméthylammonium comme charges positives indépendantes du pH, a été mis au point. La stabilité thermique et la solubilité à tout pH de chaque échantillon, ont été évaluées afin de déterminer leur capacité à supporter ou non les températures de séchage du processus papetier, et leur potentiel d’utilisation au sein du pulpeur pour la coloration dans la masse. Puis, l’efficacité de certains dérivés à colorer la pâte et à fixer le colorant a été étudiée à l’aide d’un plan d’expérience. Le chitosane a, quant à lui, été testé en solution aqueuse acide comme agent fixateur pour la coloration de surface du papier préformé

Over the past years, progresses have been achieved in the field of the paper industry. Moreover, the development of biosourced materials has been studied under intense investigations.The elaboration of chitosan-based fixing agents of anionic food dyes intended to paper industry is in line with this R & D context. This project, proposed by the company Colorey and carried out in collaboration with IMP laboratory (UMR 5223), consisted in using chitosan (the only natural polycation) as such for the surface dyeing of paper or, modified with the glycidyltrimethylammonium chloride (GTMAC) as quaternized chitosan (Chi-GTMAC), for the mass dyeing of the pulp. This last process required a neutral or slightly alkaline pH within the pulper, which cannot allow the solubilization of chitosan. Hence, chitosan was derivatized into Chi-GTMAC, bearing trimethylammonium moieties as pH-independent functional groups. The thermal stabilities and the aqueous solubilities as a function of pH of these derivatives were investigated in order to determine whether they could support the drying temperature of the papermaking process or whether they could be used within the pulper for mass coloration. Then, the efficiency of some of the obtained derivatives to color the pulp and to fix dyes was determined thanks to a designed of experiments. Chitosan, for its part, has been tested as fixing agent for surface coloration of paper