Etude du mécanisme d’action de barrières à oxygène utilisées dans les polymères pour la conservation d’aliments et de boissons

Study of the mechanism of action of metallic active oxygen barriers applied in polymers for food and drinks preservation

• Auteur / Autrice : Angéline Cherbonnel
• Direction : Mourad Elhabiri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique
• Date : Soutenance le 02/02/2018
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'innovation moléculaire et applications (Strasbourg ; Mulhouse ; 2018-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Hubscher-Bruder
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antonello Decortes, Mike Sahl, Maria Victoria Rodriguez
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Siri, Raphaël Tripier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aliments -- Emballage

Perméabilité

Oxydation

Catalyseurs métalliques

Mots clés libres

Oxygénation

Polymère

Piégeur à oxygène

Physico-chimie

Chimie analytique

Oxygenation

Metal catalyst

Polymer

Oxygen scavenger

Physico-chemistry

Analytical chemistry

Résumé

Les plastiques sont devenus les matériaux les plus utilisés pour la préservation de denrées alimentaires. Malgré leurs nombreux avantages (transparence, prix, modularité, propriété barrière aux gaz), leur imperméabilité à l’oxygène doit être sans cesse améliorée afin d’éviter aux denrées de subir diverses réactions d’oxydation et ainsi prolonger leurs durées de conservation. Pour cela, une solution envisageable consiste à combiner à des polymères, des catalyseurs métalliques pour piéger l’oxygène. Cette possibilité a été étudiée dans cette thèse. Après un premier chapitre introductif, le deuxième décrit les propriétés physico-chimiques des différents catalyseurs métalliques sélectionnés (stabilité, constantes de protonation, constante de complexation envers le cobalt(II) et le manganèse (II), capacité d’oxygénation, électrochimie). Le troisième chapitre est consacré à leur utilisation en tant qu’oxydant métallique de substrats organiques. Enfin le quatrième et dernier chapitre présente une étude à l’état solide de l’oxydation de polymères en présence de catalyseurs métalliques. Une large part de ce dernier chapitre a été consacrée à la caractérisation des produits d’oxydation.

Plastics are becoming the most used material for food and drinks preservation. Despite their numerous advantages (transparency, price, modularity, gas barrier property), their oxygen barrier properties have to be improved to avoid hazardous oxidation reactions to foods and drinks and so to increase their shelf-life. One alternative to solve this problem is to combine polymers and metal catalysts to scavenge oxygen. This possible strategy was investigated during this Ph.D. project. After a first introductive chapter, the second depicts the physico-chemical properties of selected metal catalysts (stability, protonation constants, complexation constants towards cobalt(II) and manganese(II), oxygenation capacity, electrochemistry). The third chapter is devoted to their use as powerful oxidant of organic substrate. Finally, the last chapter is dedicated to a solid-state study of polymer oxidation in the presence of metal catalysts. A large part of this last chapter has been devoted to the thorough elucidation of the nature/structure of the oxidized product(s).