Développement de polymères et composites alvéolaires bio-sourcés à base de Poly(Acide Lactique)

par Jean Mario Julien

Thèse de doctorat en Molécules et Matières Condensées

Sous la direction de Marie-France Lacrampe et de Anne Bergeret.


  • Résumé

    L’utilisation de polymères issus de ressources renouvelables et la substitution de pièces massives par des produits alvéolaires constituent des approches intéressantes dans le contexte actuel de développement durable. Cette thèse porte donc sur le développement de polymères et composites alvéolaires bio-sourcés à base d’acide polylactique (PLA) et de fibres de cellulose obtenus par extrusion moussage en présence d’un agent d’expansion chimique endothermique (CFA). Les conditions d’extrusion moussage du PLA ont été optimisées selon des critères de réduction de densité. Un jeu optimal de paramètres en extrusion mono-vis (profil de température, vitesse de vis, conditions de refroidissement) a permis d’atteindre une fraction de vide de 47 % avec un taux de cellules ouvertes entre 10 et 26 %. Les paramètres matériaux (grade de PLA, nature et taux de CFA) montrent un effet notable sur la fraction de vide, la taille et la densité de cellules ainsi que sur les propriétés mécaniques. Une modification du PLA par irradiation ( (à différentes doses et taux d’agent de réticulation TAIC) ou par incorporation d’un allongeur de chaine époxydé à des taux variables n’a pas permis d’augmenter la fraction de vide (44 % maximum) mais présente un effet significatif sur la taille des cellules (-39 %), la densité cellulaire (+60 %) et les propriétés mécaniques. L’incorporation de fibres de cellulose à différents taux et facteurs de forme (fibres courtes et microfibres) n’a pas amélioré la fraction de vide (10-25 %) mais a un effet sur la taille des cellules (-48 %) et le taux de cellules ouvertes (26-38 %). Le traitement des fibres par un aminosilane n’a pas induit de modification de propriétés.

  • Titre traduit

    Development of bio-sourced cellular polymers and composites based on Poly(lactic acid)


  • Résumé

    The use of polymers derived from renewable resources and the replacement of massive parts by cellular products constitute interesting approaches in the current context of sustainable development. This study therefore focuses on the development of bio-sourced cellular polymers and composites based on polylactic acid (PLA) and cellulose fibers obtained by extrusion foaming in presence of an endothermic chemical foaming agent (CFA). Single-screw extrusion foaming conditions have been optimized according to density reduction. An optimal processing parameters set (temperature profile, screw rotation speed, cooling conditions) led to a void fraction of 47 % with an open-cells ratio in the 10-26 % range. The type of PLA as well as the type and weight fraction of CFA have significant influence on the cells size and density and on the final mechanical properties. Moreover PLA have been modified through (-ray irradiation (with different irradiation doses and various contents of crosslinking agent TAIC) and through the incorporation of different contents of an epoxy based chain-extender. No increase in the void fraction was obtained (maximum of 44 %) but a significant effect on the cell size (-39 %), the cell density (+60 %) and the mechanical properties were observed. The incorporation of different contents of cellulose fibers with various shape factors (short fibers and microfibers) did not improve the void fraction (10-25 %) but had an influence on the cells size (-48 %) and the open-cells ratio (26-38 %). The surface treatment of cellulose fibers by an aminosilane did not modify any properties.


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