Élaboration de systèmes époxydiques biosourcés pour la mise en œuvre de composites à fibres végétales imprégnées par voie sèche

Development of bio-based epoxy systems for dry-impregnated vegetables fiber composites implementation

• Auteur / Autrice : Quentin Ruiz
• Direction : Vincent Placet, Sylvie Pourchet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 02/03/2022
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Moléculaire de l'Université de Bourgogne (ICMUB) (Dijon)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Cyrille Hierso
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Negrell-Guirao
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-François Gérard, Yves Grohens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés organiques volatils

Solvants

Époxydes

Polyépoxydes

Propriétés thermomécaniques

Mots clés libres

Procédé

Composites

Biosourcés

Polymères

Époxy

Composite

Biobased

Process

Polymers

Epoxy

Résumé

Les préimprégnés à matrice thermodurcissable sont employés dans l’industrie pour les propriétés thermomécaniques élevées et leur facilité de mise en forme. Cependant, ils présentent deux désavantages majeurs. Le premier réside dans la nécessité d’assurer leur transport et leur conservation à basse température. Le second est lié à l’emploi de solvant dans les futures matrices qui génèrent des COVs lors de la phase de thermocompression. Ces deux points négatifs sont à l’origine d’un surcout à la fois économique et écologique que la société Fibroline, au moyen d’un procédé d’imprégnation en voie sèche, se propose de résoudre. Ces travaux de thèse traitent alors de la synthèse et de la formulation d’un système biosourcé sous forme de poudre, à impact environnemental réduit, non toxique pour l’Homme et compatible pour l’impression de réseau fibreux par voie sèche pour le développement de matériaux composite biosourcés semi-structuraux. L’iso-eugénol, dérivé de la lignine, a été employé comme précurseur d’une résine époxydique 100 % biosourcée appelée BioIgénox. Il a été fait le choix de la lignine du fait de son abondance, de sa structure chimique, et de son accessibilité. La réticulation de ce BioIgénox avec différents anhydrides d’acide a permis l’obtention de polyépoxydes aux propriétés thermomécaniques compatibles avec des applications structurales. Un procédé a été développé pour permettre le passage du BioIgénox, huileux à température ambiante, à une poudre non collante ayant été utilisée avec succès pour la mise en oeuvre d’un composite 100% biosourcé imprégné en voie sèche.

Prepregs find industrial applications thanks to their high thermomechanical properties and easy implementation. However, they have two major drawback. First, they needto be carried and stored at low temperature. The second drawback is linked to the use of solvent in the future matrix, generating VOCs during thermocompression process. Those two points leads to environmental and economical overcharges resolved by a new dry impregnation process developed by Fibroline company. Those PhD works are reporting the synthesis and formulation of a biobased powder system with a low environmental impact, non-toxic for humans and compatible with dry impregnation for fully bio-based composites implementation. Isoeugenol, a lignin derived molecule, has been used as a precursor for the synthesis of BioIgenox, a fully biobased epoxidic resin. Reticulation of BioIgenox with several anhydrides has been performed, and lead to polyépoxyde with high thermomechanical properties compatible with structural application. A process has been developed in order to modify the oily BioIgenox into a nonsticky powder at room temperature. This powder has been successfully used for fully biobased prepregs implementation dry impregnated.