Effets de synergies entre montmorillonites organophiles (OMMT) et graphène dans les nanocomposites à base de polymères biodégradables

Synergetic Effects between organomontmorillonites (OMMT) and graphene in nanocomposites based on biodegradable polymers

• Auteur / Autrice : Boubkeur Seddik Bouakaz
• Direction : Yves Grohens, Abderrahmane Habi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance le 18/01/2017
• Etablissement(s) : Lorient en cotutelle avec Université Abderrahmane Mira - Bejaïa (Bejaïa, Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Jury : Président / Présidente : Amar Boukerrou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Bruzaud, José-Marie Lopez-Cuesta, Assia Sihem Baghdadi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux nanostructurés

Biopolymères

Composites polymères

Graphène

Poly (epsilon-caprolactone)

Mots clés libres

Montmorillonite

Polyacide lactique

Nanostructured materials

Biopolymers

Résumé

Les travaux réalisés au cours de cette thèse traitent et misent en avant l’effet d’associer différents types d’argiles organophiles OMMT (Cloisite®15A et Cloisite®30B) avec le graphène fonctionnalisé époxy (Gr) sur l’ensemble des propriétés fonctionnelles des matrices biodégradables polyacide lactique (PLA), poly (ε-caprolactone) (PCL) et leur mélange PLA/PCL de composition 70/30. Le premier volet est consacré à l’étude des mélanges binaires (PLA/Cloisite® et PLA/Gr) et ternaires (PLA/Cloisite®/Gr) préparés à l’état fondu. L’association des deux renforts OMMT/Gr a amélioré l’ensemble des paramètres rhéologiques de la matrice PLA et contribue à l’apparition d’un comportement viscoélastique pseudo-solide pour les mélanges PLA/Gr en présence des argiles, attribué à un meilleur état de dispersion des couples confirmé par la microscopie électronique à transmission. Les propriétés barrières à la vapeur d’eau, thermiques et thermomécaniques du PLA ont été sensiblement améliorées, particulièrement en présence des couples de nanocharges OMMT/Gr et montrent le grand intérêt des nanobiocomposites PLA/Cloisite®/Gr dans plusieurs applications. La seconde partie est liée aux matériaux nanocomposites à base de la matrice PCL. L’étude rhéologique a confirmé l’intérêt de combiner les nanocharges OMMT et graphène et indique la présence de réseaux 3D dans les nanocomposites PCL/OMMT et PCL/OMMT/Gr. La bonne dispersion des nanocharges a nettement amélioré les propriétés barrières à la vapeur d’eau et la tenue thermique de la PCL. La dispersion des nanocharges et leurs effets sur la miscibilité a fait l’objet de la dernière partie consacrée aux matériaux à base du mélange immiscible PLA/PCL. Des propriétés viscoélastiques très intéressantes ont été obtenues après l’incorporation des mélanges OMMT/Gr, indiquant l’existence d’un bon niveau de distribution des renforts dans la matrice PLA/PCL. La synergie existante entre les nanocharges OMMT et graphène fonctionnalisé époxy a conduit à l’amélioration des propriétés barrières, de la stabilité thermique et de la miscibilité de la matrice.

The work carried out during this thesis highlights the effect of different kinds of organophilic clays OMMT (Cloisite®15A and Cloisite®30B) and/or epoxy functionalized graphene (Gr) on the functional properties of biodegradable polylactic acid (PLA), poly (ε-caprolactone) (PCL) and their mixture PLA/PCL (70/30 mass%). The first part is devoted to study the binary mixtures (PLA/Cloisite® and PLA/Gr) and ternary materials (PLA/Cloisite®/Gr) prepared via melt blending method. The combination of the two fillers (OMMT and Gr) improves all the rheological parameters of the PLA matrix and contributes to the appearance of a pseudo-solid viscoelastic behavior for PLA/Gr composites in the presence of clays, attributed to the better dispersion confirmed by transmission electron microscopy. The water vapor permeability, thermal and thermomechanical properties of PLA have been significantly improved, especially in the presence of hybrids OMMT/Gr and show the great interest of PLA/Cloisite®/Gr ternary nanobiocomposites in several applications. The second part is related to nanocomposite materials based on the biodegradable PCL matrix. The rheological study confirms the advantage of combining the organomodified clays and graphene nanofillers, and indicates the presence of tridimensional networks in the binary nanocomposites PCL/OMMT and PCL/OMMT/Gr. The good state of dispersion of the hybrids nanofillers (OMMT + Gr) has considerably improved the water vapor permeability and the thermal resistance of the PCL matrix. The dispersability of the nanofillers and their effect on the miscibility were the subject of the last part devoted to the PLA/PCL immiscible blend. Very interesting viscoelastic properties were obtained after the incorporation of the OMMT/Gr mixtures, indicating the existence of good level of distribution of nanofillers in the PLA/PCL matrix. The synergy between the OMMT and epoxy functionalized graphene led to the best improvement in term of barrier properties, thermal stability and compatibility of the matrix.