Synthèse et caractérisation de nouveaux films plastiques obtenus par acylation et réticultion de la cellulose

Synthesis and characterization of new plastic films ahieved by acylation and crosslinking of cellulose

• Auteur / Autrice : Nicolas Joly
• Direction : Pierre Krausz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie appliquée. Chimie des substances naturelles
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micro-ondes

Pellicules plastiques

Réticulation (polymérisation)

Métathèse (chimie)

Estérification

Cellulose

Mots clés libres

Huile de lin

Valorisation

Résumé

Dans le cadre d'un programme de valorisation de déchets agricoles et forestiers, nous présentons de nouvelles stratégies d'élaboration de films plastiques cellulosiques potentiellement biodégradables. Dans un premier temps, nous décrivons la mise au point d'une nouvelle méthode d'obtention de matériaux cellulosiques par acylation de cellulose, par irradiation micro-ondes en milieu homogène (LiC1/DMA). Cette synthèse a été réalisée en présence de DMAP ou en présence de bases non toxiques telles que les carbonates de calcium et de sodium ou encore sans additif. Les films plastiques obtenus après casting (mise en solution de l'ester de cellulose et évaporation du solvant à l'air libre) ont été analysés par les techniques spectroscopiques usuelles (IR, RMN) et leurs propriétés mécaniques et thermiques déterminées. L'étude de leur biodégradabilité à montré une diminution de la ductilité des films. Cette méthode de synthèse a également été appliquée à un résidu cellulosique brut extrait de sciures de châtaignier. Dans un second temps, la cellulose microcristalline a été réticulée en greffant des chaînes hydrocarbonnées insaturées sur la cellulose et en réalisant un pontage par réaction de métathèse des alcènes. Les différents paramètres de réaction ont été optimisés et l'analyse des propriétés mécaniques des films obtenus montre une amélioration sensible de la résistance et de l'élasticité par rapport aux films plastiques non réticulés. Enfin la cellulose a été réticulée par greffage - copolymérisation d'acides gras insaturés issus de l'huile de lin. Cette réaction a été réalisée par voie radicalaire sans apport de catalyseur. La réticulation peut avoir lieu pendant l'estérification ou durant le casting, selon deux mécanismes différents. Une étude préliminaire des propriétés thermiques et mécaniques de ces nouveaux films plastiques a également été réalisée.

Within the framework of the valorization of agricultural and forest byproducts, in particular of polysaccharides such as cellulose, we describe new strategies for the synthesis of potentially biodegradable cellulose-based plastic films. Firstly, we developed a new method of building cellulosicmaterial by acylation of the polysaccharide under microwave irradiation, in homogeneous media (LiC1/DMA). This synthesis was attempted by using DMAP or with nontoxic bases such as calcium and sodium carbonates or without catalyst. Plastic films obtained after casting were characterized by spectroscopic methods (IR, NMR) and their mechanical and thermal properties were determined. Preliminary biodegradability studies results show a progessive loss of film ductility. This way of synthesis was also applied to cellulosic residue from chestnut tree sawdust. In a second part, microcrystalline cellulose was crosslinked by olefin metathesis of unsaturated cellulose fatty esters. Reaction parameters (cellulose ester concentration, reaction time, metathetical catalyst amount) were optimized. Mechanical and thermal properties of the plastic films obtained after casting were studied and showed an increase in their resistance and elasticity compared to the uncrosslinked starting material. In a final part, cellulose was crosslinked by graft - copolymerization of unsaturated fatty acids isolated from linseed oil. This free radical reaction proceeds in absebce of any catalyst ; crosslinking can take place during the acylation reaction or during the casting step, according to two different mechanisms. A preliminary study of thermal and mechanical properties of these new plastic films was also carried out.