Étude de l'estérification de la cellulose par une synthèse sans solvant. Application aux matériaux nanocomposites

par Sophie Berlioz

Thèse de doctorat en Sciences des polymères

Sous la direction de Daniel Samain.

Soutenue en 2007

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .


  • Résumé

    L'estérification est une réaction connue pour modifier la surface de la cellulose et pallier aux difficultés liées à son utilisation comme renfort de polymères (faible compatibilité avec les matériaux apolaires, agrégation, hydrophilie). Cette étude a porté sur le développement d'un procédé en phase gazeuse (sans solvant) permettant le greffage de chlorure d'acide gras sur la cellulose. L'étude de cette réaction s'est faite à différentes échelles: de la fibre entière aux whiskers et microfibrilles de cellulose. En premier lieu, un procédé de dépose du réactif a été étudié pour l'hydrophobisation du papier. Une modélisation des résultats expérimentaux a permis d'appréhender les cinétiques de diffusion et de greffage impliquées. L'estérification a ensuite été élargie à des substrats possédant de plus grandes surfaces spécifiques: les microfibrilles issues de pâte de bois, les whiskers (coton, tunicier) et la cellulose bactérienne. Les mesures du degré d'avancement de la réaction par RMN du solide et par gravimétrie ont montré que la densité de greffage était influencée non seulement par les conditions expérimentales mais également par la nature des substrats. Sous certaines conditions, une substitution pratiquement complète est possible. Les changements morphologiques et structuraux induits par la réaction ont été étudiés par diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage et calorimétrie différentielle. Des caractérisations par analyse mécanique dynamique et par des tests de traction ont montré que l'incorporation de microfibrilles modifiées permet une amélioration significative des propriétés mécaniques d'un polyéthylène sans diminution de sa résilience.

  • Titre traduit

    Investigation of a new solvent-free method for esterification of cellulose. Application for nanocomposite materials


  • Résumé

    The esterification of surface hydroxyl groups of cellulose is an interesting way to overcome the problems linked to its high hydrophilicity and low compatibility with non-polar polymers. Ln this work, we describe the use of a novel solvent-free chemical pathway for grafting fatty acid chlorides onto the hydroxyls of cellulose. This reaction was applied at different scales: from the who le fibre to microfibrils and whiskers. Ln a first step, the process was studied for the hydrophobization of paper. The modelling based on experimental results accounts for the kinetics of diffusion and grafting and allows a better understanding of the process. Then, the process was broaden to other cellulose substrates with higher specific surfaces: microfibrils of wood pulp, bacterial cellulose and cotton and tunicate whiskers. The esterification was quantified by solid-state NMR and by gravimetric measurements. The grafting density depends not only the experimental conditions but also on the nature of the cellulosic substrate. An almost complete reaction has been achieved in specific conditions. The structural and morphological changes of the substrate for varying grafting densities were assessed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and differential scanning calorimetry. The characterizations by dynamic mechanical thermal analysis and by tensile tests showed that the incorporation of modified microfibrils allows an improvement of the strength of polyethylene without a significant diminution of its tenacity.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (294 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 254 à 268

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  • Cote : TS07/GRE1/0260/D
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