Biétirabilité et recyclabilité de films multicouches à base de copolymères d'Éthylène et d'Alcool Vinylique

BIAXIAL STRETCHABILITY AND RECYCLING OF MULTILAYER FILMS BASED ON ETHYLENE VINYL ALCOHOL COPOLYMERS

• Auteur / Autrice : Donna Boutalbi
• Direction : Valérie Gaucher
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie des materiaux - UMET - MJ
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux Et Transformations

Mots clés

Mots clés libres

Multicouches

Biétirage

Comportement mécanique

Recyclabilité

Multilayer

Biaxial stretchability

Mechanical behaviour

Recycling

Résumé

Les films destinés à l'emballage alimentaire doivent respecter un nombre important de critères très variés : outre leur non-toxicité, leur résistance chimique..., ils doivent présenter d'excellentes propriétés barrières aux gaz (O2, CO2..), à l'eau, aux arômes... pour la conservation des aliments, de bonnes performances mécaniques (résistance à la déchirure ou à la perforation...) ou encore des propriétés optiques appropriées selon l'application finale visée (transparence/opacité). Parmi les thermoplastiques couramment utilisés dans ce secteur, les copolymères d'éthylène et d'alcool vinylique (EVOH) sont des polymères de choix car ils présentent d'excellentes propriétés barrière à l'oxygène liées à la présence de liaisons Hydrogène inter- et intra-chaines entre les groupements hydroxyles des motifs vinyliques. Toutefois, ces mêmes groupements OH confèrent à l'EVOH une grande sensibilité à l'humidité qui induit une diminution de ses propriétés barrière. Une manière classique de pallier ce handicap est de protéger l'EVOH par un polymère hydrophobe tel que le polyéthylène (PE) dans une structure multicouche élaborée classiquement par coextrusion. Ces films multicouches peuvent subir des opérations de post-étirage /biétirage pour améliorer leurs performances et ainsi réduire leur impact environnemental par une diminution des quantités de matières premières. Le procédé de coextrusion a connu récemment une innovation qui consiste à multiplier le nombre de couches pour former des structures multi-nano-couches. Dans ce contexte, le premier volet de ce projet de thèse consiste à caractériser et comprendre l'aptitude au biétirage de ces structures multi-nano- couches en relation avec les polymères parents. En particulier, l'évolution de la microstructure induite par déformation, que ce soit au niveau des phases cristallines présentes qu'au niveau de l'orientation macromoléculaire dans les couches des deux polymères, sera finement analysée par diffraction et diffusion des rayons X et par spectroscopie infrarouge en fonction des conditions de sollicitation et de la structure multicouche considérée. Ce travail pourra être complété par une caractérisation des propriétés de perméabilité aux gaz afin de relier la microstructure aux propriétés de transport. Dans le cadre de l'économie circulaire, la recyclabilité des films multicouches à base d'EVOH et de PE sera également étudiée dans un second volet de ce travail de thèse. Les objectifs de cette partie seront notamment d'étudier l'influence d'un procédé innovant utilisant le CO2 à l'état supercritique sur les morphologies des mélanges PE/EVOH obtenus puis de caractériser leurs comportements thermomécaniques.

Films for food packaging must meet a large number of very varied criteria. In addition to their non-toxicity and their chemical resistance, they must have excellent barrier properties (to gases (O2, CO2, etc.), water, flavours,...) for food preservation, good mechanical performance (resistance to tearing or perforation....) and appropriate optical properties for the final application targeted (transparency/opacity). Among the thermoplastics commonly used in this sector, ethylene-vinyl alcohol copolymers (EVOH) exhibit excellent oxygen barrier properties due to the presence of inter- and intra-chain hydrogen bonds between the hydroxyl groups of the vinyl units. However, these same OH groups give EVOH a high sensitivity to moisture which leads to a decrease of its barrier properties. A classical way to overcome this drawback is to protect the EVOH with a hydrophobic polymer such as polyethylene (PE) in a multilayer structure conventionally elaborated by coextrusion. These multilayer films can also undergo post-stretching operations to improve their performance and thus reduce their environmental impact through a reduction in raw materials. The coextrusion process has recently undergone an innovation which consists in multiplying the number of layers to form multi-nano-layer structures. In this context, the first part of this thesis project consists in studying and understanding the biaxial stretching ability of these multi-nano-layer structures. In particular, the induced structural evolution, regarding the crystalline phases and the macromolecular orientation in the layers of the two polymers, will be analysed through SAXS/WAXS experiments and InfraRed spectroscopy as a function of the solicitation conditions. This work would be completed by measuring gas permeability properties in collaboration with another laboratory, in order to link the microstructure to gas transport properties. Within the framework of the circular economy, the recyclability of multilayer films based on EVOH and PE will also be investigated in the second part of this work via the use of an innovative process using CO2 in the supercritical state. The objectives of this part will be to study the influence of the process parameters on the morphologies of the PE/EVOH blends and to characterise the mechanical behaviour.