Traitement sous rayonnement ionisant de mélanges amidon-lignine et de leurs modèles : étude et quantification des modifications induites.

par Dhriti Khandal

Thèse de doctorat en Sciences - STS

Sous la direction de Xavier Coqueret.

Soutenue le 19-11-2012

à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) , en partenariat avec (ICMR) Institut de Chimie Moléculaire de Reims (laboratoire) .

Le président du jury était Alain Durand.

Le jury était composé de Xavier Coqueret, Christophe Bliard.

Les rapporteurs étaient Philippe Roger, Saphwan Al assaf.


  • Résumé

    Cette travail été réalisée dans le cadre de la Projet LignoStarch ANR CP2D pour connaître les différents phénomènes induite par rayonnement ionisants dans les mélanges de l'amidon et lignine au niveau moléculaire. L'amidon peut être utilisé seul ou en combinaison avec d'autres composés pour élaborer des articles biodégradables à partir de ressources renouvelables. La lignine et ses dérivés sont bons candidats pour limiter la sensibilité d'eau des matériaux à base d'amidon, mais ils ne sont pas compatibles avec des polysaccharides. Le traitement sous faisceau d'électrons est proposé comme une méthode efficace pour induire les liaisons covalentes entre les deux constituants (amidon et lignine). En comparaison avec les mélanges de départ, les propriétés des mélanges irradiés montrent qu'il est possible d'ajuster les propriétés mécaniques du matériau final. Afin d'améliorer la compréhension et la maîtrise de ces effets de l'irradiation, une étude de mélanges modèles de maltodextrines et de divers alcools ou acides aromatiques a été réalisée. Les résultats montrent une compétition entre les phénomènes de dégradation par scission et le greffage. Les analyses par CES, RMN, et MALDI-TOF permettent de mettre en évidence et de quantifier les greffages consécutifs à l'irradiation. L'exploitation par la méthode statistique proposée par Saito des données relatives à l'évolution des masses molaires et des fractions de gel dans des mélanges à base de pullulane permet d'accéder à des grandeurs quantifiant l'efficacité des deux réactions en compétition. Ainsi, les rendements radiochimiques de coupure de chaine G(S) et de pontage G(X) ont pu être calculés pour différentes quantités d'alcool cinnamique introduites dans les mélanges. Les évolutions observées rendent bien compte de la formation de gel qui n'est observée qu'en présence d'une quantité minimale d'alcool aromatique, lorsque la condition G(s) < 4 G(x) est satisfaite. Mots Clés : Amidon, Lignine, Maltodextrine, Maltotriose, Pullulane, Composés Modèles de la Lignine (Additif Aromatiques), Scission, Réticulation, Greffage, Faisceau d'Electrons, Rendements Radiochimiques de Scission G(s) et Réticulation G(x), Méthode Saito, Méthode Charlesby-Pinner.

  • Titre traduit

    Study and quantification of the effects induced by ionizing radiation on starch-lignin blends and their corresponding models.


  • Résumé

    This work was part of the LignoStarch ANR CP2D Project aimed at understanding the radiation-induced processes and mechanisms in thermoplastic starch – lignin mixture at the molecular level. Starch has the advantage of being biodegradable and agriculture based renewable resource that can be converted into a thermoplastic material with or without any additive. Lignin and its derivatives are good candidates for reducing the water sensitivity of starch based materials; however being hydrophobic in nature they are not compatible with the polysaccharides. Electron Beam radiation has been proposed as an efficient method for modifying the starch lignin blends and creating covalent linkages between the two constituents for improved blend stability. Previous studies as part of the Project have shown that the mechanical properties of the irradiated blends can be positively modified by choosing an appropriate blend composition. For a better understanding of how the properties of the blend can be tailored, an understanding of the radiation-induced processes was carried out using model blends comprising maltodextrin and different aromatic compounds having structural features of lignin monomers. The blends were analyzed using SEC, NMR, and MALDI-TOF for placing in evidence the phenomenon of radiation-induced grafting to compete with chain scission in presence of the aromatic additives. The quantification of the radiochemical yields of scission G(s) and crosslinking G(x) were carried out using the blends of pullulan polysaccharide as a function of varying amounts of aromatic additive in the blend. The methods of calculation exploited here are based on the study of radiation-induced molecular mass changes before the formation of gel as proposed by Saito and the quantification of sol-gel content for formulations resulting in gel as proposed by the Charlesby-Pinner method. The condition of gel formation G(s) < 4 G(x) is found to be valid for a certain minimum quantity of aromatic additive for high applied doses.Keywords: Starch, Lignin, Maltodextrin, Pullulan, Lignin-like Monomers (Aromatic Additives), Scission, Crosslinking, Grafting, Electron Beam, Radiochemical yields of Scission G(s) and Crosslinking G(x), Saito Method, Charlesby-Pinner Method.


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