Élaboration de matériaux multicouches à base de polymères bio-sourcés par le procédé de coextrusion

Development of multilayer materials Based on bio-sourced polymers by coextrusion process

• Auteur / Autrice : Nour Jaouadi
• Direction : Abderrahim Maazouz
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance en 2023
• Etablissement(s) : Lyon, INSA en cotutelle avec Université de Sfax. Faculté des sciences
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Jamel Bouaziz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abderrahim Maazouz, Jamel Bouaziz, Sandrine Hoppe, Mohamed Jaziri, Hamid Kaddami, Khalid Lamnawar, Hatem Majdoub, Aicha Mbarek
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sandrine Hoppe, Hatem Majdoub

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères -- Rhéologie

Matières plastiques -- Extrusion

Acide polylactique

Alliages de polymères

Mots clés libres

Matériau

Acide PolyLActique

Pa11

Compatibilisation

Mélange de polymères

Structure multi-couches

Structure nano-couche

Rhéologie

Morphologie

Coextrusion

Biopolymère

Materials

PolyLActic Acid

Pa11

Comptabilization

Polymers blend

Multilayer structure

Nanolayer structure

Rheology

Morphology

Coextrusion

Biopolymer

Résumé

L'objectif de ce travail est d'étudier des systèmes multiphasiques à base d'acide polylactique (PLA) et de polyamide 11 (PA11) allant des mélanges aux structures multicouches. Etant donné que ces deux composants ne sont pas compatibles, des stratégies de comptabilisation avec un époxyde multifonctionnalisé, le Joncryl, visant à contrôler la qualité et la nature de l’interface entre les substituants sont proposées et discutées lors du processus d’élaboration des mélanges par extrusion réactive dont l’objectif est d’améliorer l’ensemble des propriétés finales. Les comportements thermiques, morphologiques, rhéologiques et mécaniques de ces matériaux ont été examinés. Le rôle du Joncryl en tant qu'agent de compatibilisation pour le système PLA/PA11 a été démontré par son fort impact sur les propriétés rhéologiques. On assiste à la réduction de la tension interfaciale significative et par conséquent de la taille des particules de la phase dispersée. Le tout induit un rehaussement de la ductilité en élongation du matériau obtenu. Cette étude a montré l’aptitude de tels matériaux à la mise en forme par le procédé de coextrusion à assemblage forcé de films multicouches destinés principalement à l’emballage alimentaire. Cette approche nous a permis de combiner les propriétés des polymères en une seule structure composée de micro-/nano-couches. L'objectif était d’évaluer et d’analyser les performances de ces mélanges traités en augmentant le nombre de couches pour mieux comprendre les propriétés interfaciales, y compris le comportement rhéologique, mécanique ,morphologique et barrière. Lors de la mise en œuvre, la multiplication des couches présente un effet notable sur la microstructure, la morphologie, l'orientation cristalline ainsi que les propriétés barrières des mélanges, en particulier dans le cas des nanocouches. Cela nous a permis d'explorer le contrôle de l'interface/interphase dans ces systèmes multicouches ainsi que l'effet de confinement résultant de l’assemblage forcé pendant le processus de coextrusion à micro-/nanocouche sur la cristallisation et la structure des couches, en fonction de la nature de polymère confineur.

The objective of this work is to study multiphase systems based on polylactic acid (PLA) and polyamide 11 (PA11), ranging from blends to multilayer structures. Since these two components are not compatible, compatibilization strategies using a multifunctional epoxy, Joncryl, are proposed and discussed during the process of preparing the blends through reactive extrusion. The goal is to enhance the overall final properties. The thermal, morphological, rheological, and mechanical behaviors of these materials have been examined. The role of Joncryl as a compatibilizing agent for the PLA/PA11 system has been demonstrated by its significant impact on rheological properties, resulting in a significant reduction in interfacial tension and, consequently, the size of the dispersed phase particles. This leads to an increase in the elongation ductility of the material obtained. This study has shown the suitability of such materials for shaping through the forced assembly coextrusion process of multilayer films, mainly intended for food packaging. This approach has allowed us to combine the properties of polymers into a single structure composed of micro-/nano-layers. The goal was to evaluate and analyze the performance of these blends by increasing the number of layers to better understand interfacial properties, including rheological, mechanical, morphological, and barrier behavior. During processing, the multiplication of layers has a significant effect on the microstructure, morphology, crystalline orientation, and barrier properties of the blends, especially in the case of nanolayers. This has enabled us to explore the control of the interface/interphase in these multilayer systems and the confinement effect resulting from forced assembly during the micro-/nanolayer coextrusion process on the crystallization and layer structure, depending on the nature of the confining polymer.