Biomass based materials : polymers, composites and nano-hybrids from furfuryl alcohol and lignin

par Nathanaël Guigo

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Nicolas Sbirrazzuoli.

  • Titre traduit

    Nouveaux matériaux dérivés de la biomasse végétale : polymères, composites et nano-hybrides obtenus à partir d'alcool furfurylique et de lignine


  • Résumé

    Ce travail de thèse s’est inscrit au sein du projet européen Ecobinders dont l’objectif est le développement de nouveaux matériaux valorisant des produits dérivés de la biomasse tels que l’alcool furfurylique et/ou la lignine. De manière à comprendre les phénomènes physico-chimiques complexes mis en jeu lors des procédés d’élaboration et afin d’optimiser les propriétés de ces nouveaux matériaux, plusieurs approches originales ont été envisagées. Des études théoriques, comme l’analyse cinétique « sans modèle », u des techniques de pointe comme la calorimétrie multifréquence, la rhéométrie dynamique ont apporté un éclairage nouveau sur certains aspects fondamentaux. Lors de la polymérisation de l’alcool furfurylique, différentes étapes cinétiquement déterminantes ont mises en évidence et ont été attribuées soit à un contrôle par les mécanismes réactionnels ou à un contrôle par la diffusion. La polymérisation combinée alcool furfurylique / lignine a été étudiée et a permis l’élaboration de résines et de matrices thermodurcies. Les phénomènes de relaxation de la lignine ont été approfondis. Ceci a permis d’expliquer plus en détails le rôle de l’eau adsorbée, du vieillissement thermique et de mettre en évidence les aspects cinétiques. Enfin, des nano-hybrides ont été développés par deux voies distinctes. La voie sol-gel a été envisagée pour élaborer un nanocomposite alcool polyfurfurylique / silice qui a montré une amélioration de certaines propriétés mécaniques et thermiques. Un nouveau nano-composite argile / lignite / fibres naturelles a été développé par dispersion mécanique. Les propriétés barrières des feuillets d’argile ont amélioré la résistance thermique de ce matériau.


  • Résumé

    This doctoral project has been conducted within the Ecobinders project which aims to develop new binders based on renewable resources such as furfuryl alcohol and/or lignin. Model-free kinetic and chemorheological analysis of furfuryl alcohol polymerisation have highlighted the different rate determing steps and the phase transitions (gelation, vitrification). The VOC’s released during polymerization have been identified. The influence of lignin incorporation on FA polymerization has been studied and oxidized or plasticized lignins have shown improved reactivity. Lab-scale polyfurfuryl alcohol or polyfurfuryl alcohol / lignin resins and thermoset have been elaborated on the basis of kinetic predictions. Evaluation of thermal instability, relaxation behaviour and morphological aspects of these lab-scale thermosets has highlighted a good compatibility between lignin and furanic network. Moreover, a polyfurfuryl alcohol / silica hybrid synthesized via sol-gel process has shown improved thermal performances as the consequence of nanoscales dispersion of silica particles. The quality control on new Ecobinders prototypes has been established. Dynamic aspects of lignin glass transition have been analyzed with multifrequency DSC together with other techniques. The influence of water sorption, thermal annealing, plasticization and fractionation has been considered. New layered silicate nanocomposite has been elaborated with lignin / natural fibres and improved thermal resistance has been shown.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (247 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 221-245. Résumés en français et en anglais

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  • Bibliothèque : Université Nice Sophia Antipolis. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 08NICE4062
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