Étude des propriétés de transport de films nanocomposites de polybutylène succinate (PBS)/nanoplaquettes de graphène (GnP) : Influence de la température et de l'humidité

Study of transport properties of nanocomposites films of polybutylene succinate (PBS) and graphene nanoplatelets (GnP) : Influence of the temperature and humidity

• Auteur / Autrice : Raphaël Cosquer
• Direction : Sébastien Pruvost, Fabrice Gouanvé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 13/05/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....) - Ingénierie des Matériaux Polymères / IMP
• Jury : Président / Présidente : Sandra Domenek
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Pruvost, Fabrice Gouanvé, Sandra Domenek, Stéphane Bruzaud, Nadège Follain
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stéphane Bruzaud, Nadège Follain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Graphène

Polymères

Matériaux hybrides

Mots clés libres

Matériau polymère

PBS - Poly(butylène succinate)

GnP - Nanoplaquettes de graphène

Nanocomposite

Sorption d'eau

Vapeur d'eau

Perméation à l’eau

Perméation à l’oxygène

Énergie d'activation

Polymère biodégradable

Polymler materials

Poly(butylene succintate)

Graphene nanoplatelets

Nanocomposite

Water sorption

Water vapour

Water permeability

Dioxygen permeability

Melt blending

Biodegradable polymer

Résumé

Dans un contexte où des alternatives à l’utilisation de ressources fossiles sont recherchées, une des stratégies est d’effectuer la transition de matériaux polymères pétrosourcés non biodégradables vers des matériaux biosourcés et biodégradables. Ainsi, le polybutylène succinate (PBS) est un matériau d’intérêt. En termes de propriétés barrière aux petites molécules, le PBS possède des perméabilités à l’eau et au dioxygène relativement élevées. Une des voies d’amélioration des propriétés barrière consiste en l’ajout de charges imperméables lamellaires à haut facteur de forme telles que les nanoplaquettes de graphène (GnP). Dans ce travail, les propriétés de transport (sorption d’eau et perméation à l’eau et au dioxygène) de films nanocomposites PBS/GnP, élaborés par voie fondu, ont été évaluées pour différentes activités d'eau et pour différentes températures. Ces analyses ont conduit à la détermination des énergies d’activation des différents phénomènes de transport. Il a ainsi été possible d’utiliser de façon originale les petites molécules comme « sondes » à l’échelle moléculaire dans le but d’établir les relations entre la structure, la morphologie et les propriétés de nanocomposites PBS/GnP à différents taux de charges.

In a context in which alternatives for the use of fossil resources are under concern, an actual trend is to make a transition from non-biodegradable petrosourced polymers to bio-based and biodegradable polymers. Hence, a polyester, the polybutylene succinate (PBS) is a material of interest. In terms of transport properties of small molecules, PBS has a relatively high water and dioxygen permeabilities. An improvement approach of these properties can be found by addition of impermeable, high aspect ratio, lamellar fillers, such as graphene nanoplatelets (GnP). In this work, transport properties (water sorption and permeability to water and dioxygen) of PBS/GnP nanocomposites elaborated by melt process, had been evaluated at different water activities and different temperatures. These analyses led to the determination of activation energies of various transport phenomenon. An original route was to use small molecules as a probe at a molecular scale, in order to establish relationships between morphology, structure, and transport properties of PBS/GnP nanocomposites at different filler loadings.