Préparation et caractérisation de bionanocomposites à base de protéines et nanocristaux de cellulose par casting continuous

par Liliane Ferreira Leite

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Julien Bras.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes en cotutelle avec l'Université Fédérale de São Carlos - Département d'ingénierie des matériaux , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de Génie des Procédés Papetiers (laboratoire) depuis le 01-03-2016 .


  • Résumé

    La prise de conscience environnementale croissante face à l'élimination inappropriée des emballages non biodégradables, ainsi que la possibilité de créer de nouveaux marchés pour les matériaux filmogènes bruts, stimulent le développement de matériaux d'emballage comestibles et/ou biodégradables. Les protéines peuvent être utilisées comme matrice polymère pour la production d'emballages comestibles et biodégradables ayant des propriétés physiques, sensorielles et nutritionnelles différenciées. Cependant, utiliser uniquement des protéines ne suffit pas pour produire des films dotés de propriétés mécaniques et barrières satisfaisantes pour les emballages alimentaires. La préparation de bionanocomposites renforcés avec des remplissages cellulosiques, tels que les nanocristaux de cellulose (CNC), est une alternative qui a fait l'objet de nombreuses études afin d'accroître et améliorer les propriétés de ces films polymères. Par conséquent, ce projet de thèse propose la production, la caractérisation et l'optimisation de nouveaux films comestibles à base de protéines (collagène, soja et lactosérum) et de nanocristaux de cellulose en utilisant la méthode de coulée continue. L'objectif principal étant celui d'étudier la morphologie et la dispersion des nanocristaux de cellulose dans les matrices de protéines, ainsi que l'effet de l'addition des CNC en termes de propriétés mécaniques, thermiques et de barrière des films traités par coulée continue. Des mesures rhéologiques seront effectuées sur les solutions protéiques afin de concevoir et d'optimiser les conditions de traitement pour l'obtention de films. Plusieurs techniques de caractérisation seront utilisées pour analyser les propriétés structurelles et morphologiques des nanocristaux de cellulose et des bionanocomposites obtenus, notamment la spectroscopie FTIR, la diffraction des rayons X, la colorimétrie, la spectroscopie UV / VIS et la microscopie électronique à balayage et à transmission. De plus, la stabilité thermique des bionanocomposites sera étudiée par calorimétrie différentielle à balayage et analyse thermogravimétrique, ainsi les propriétés mécaniques et de barrière.

  • Titre traduit

    Preparation and characterization of bionanocomposites based on protein and cellulose nanocrystals by continuous casting


  • Résumé

    The increasing level of environmental awareness regarding the inappropriate disposal of non-biodegradable packaging, as well as the opportunity to create new markets for raw film-forming materials, stimulate the development of edible and/or biodegradable packaging materials. Proteins can be used as a polymer matrix for the production of edible and biodegradable packagings with differentiated physical, sensory and nutritional properties. However, using only proteins is not enough for producing films with satisfactory mechanical and barrier properties for food packaging usage. The preparation of bionanocomposites reinforced with cellulose fillers, such as cellulose nanocrystals (CNC), is an alternative that has been extensively studied in order to increase the properties of these polymer films. Therefore, this PhD project proposes the production, characterization and optimization of new edible films based on proteins (i.e. collagen, soy and whey) and cellulose nanocrystals using the continuous casting method. The main goal is to research the morphology and dispersion of cellulose nanocrystals in protein matrices, as well as the effect of the CNC addition in terms of mechanical, thermal and barrier properties of films processed by continuous casting. Rheological measurements will be made to the protein solutions in order to design and optimize processing conditions for obtaining films. Several characterization techniques will be used for analyzing the structural and morphological characteristics of the obtained cellulose nanocrystals and bionanocomposites, including FTIR spectroscopy, X-ray diffraction, colorimetric, spectroscopy UV/VIS, and scanning and transmission electronic microscopy. Furthermore, thermal stability of bionanocomposites will be investigated by differential scanning calorimetry and thermogravimetric analysis, as well as the mechanical and barrier properties.