Thèse soutenue

Conception d’un emballage à base de PLA et nanocellulose - compréhension des mécanismes liés aux transports des gaz

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Auteur / Autrice : Hajar Faraj
Direction : Sandra DomenekCyrille Sollogoub
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés
Date : Soutenance le 11/03/2021
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Paris-Saclay Food and Bioproduct Engineering (Massy, Essonne ; 2020-....)
référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Allison Saiter-Fourcin
Examinateurs / Examinatrices : Cyrille Sollogoub, Tatiana Budtova, Debora Puglia, Thomas Karbowiak, Caroline Aymes-Chodur, Giana Almeida
Rapporteurs / Rapporteuses : Tatiana Budtova, Debora Puglia

Résumé

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L’acide polylactide (PLA) est un polymère bio-sourcé et biodégradable, utilisé abondamment dans les emballages alimentaires, pour sa transparence, sa facilité de mise en œuvre et ses propriétés mécaniques comparables aux polymères classiques. Néanmoins, ce bio-polyester, possède des propriétés barrière aux gaz (notamment O2 et CO2) limitées. Ceci restreint son évolution vers de nouvelles applications d’emballage destinées à des produits alimentaires sensibles à l’oxydation. L’ajout de charges nanométriques est une stratégie qui s’avère efficace afin de remédier à ce manque de propriétés. Les nanocristaux de cellulose (CNC) sont particulièrement intéressants pour leur haut taux de cristallinité et rigidté, ainsi que leurs propriétés hautement barrière à l’oxygène. Lorsque les CNCs sont incorporés dans la matrice PLA, ils peuvent agir comme des obstacles physiques pour complexifier le chemin de diffusion des molécules traversant le film, ralentissant ainsi leur transport par effet de tortuosité.En revanche, il est difficile de disperser les CNCs hydrophiles dans le PLA hydrophobe, car leur incompatibilité chimique les empêche de se mélanger de façon homogène, ce qui résulte en des interfaces altérées et des propriétés dégradées. Afin de mieux disperser les CNCs, de nombreuses stratégies de compatibilisation ont déjà été explorées et rapportées. Dans cette thèse, nous utilisons et comparons l'efficacité de deux méthodes innovantes, récemment publiées : estérification (acide laurique) et grafting-from (poly (méthacrylate de glycidyle).L’efficacité de ces modifications de surface a été confirmée via diverses méthodes caractérisation: thermomécaniques (DMA), morphologiques (DLS, MEB, TEM), microstructurales (MT-DSC, RX), gravimétriques (TGA, DVS), et de perméation à l’eau, oxygène et dioxyde de carbone.Les résultats obtenus pour les différents nanocomposites PLA/CNC ont révélé l’importance de la modification de surface dans l’amélioration des propriétés physico-chimiques et mécaniques : le greffage améliore le module élastique par rapport au PLA, notamment sur le plateau caoutchoutique. Le greffage chimique s’avère également important pour la protection de la charge hydrophile de l’eau. Enfin, nous montrons aussi que l’ajout des charges influence les propriétés de transport du PLA, au-delà de la tortuosité.