Etudes des propriétés barrières de dérivés cellulosiques : application au gel de cellulose du papier sulfurisé

Study of barrier properties of cellulosic derivatives : application to cellulose gel in vegetable parchment

• Auteur / Autrice : Julien Bras
• Direction : Marie-Elisabeth Borredon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des agroressources
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie humaine

Perméabilité

Vapeur d'eau

Ressources agricoles

Cellulose

Mots clés libres

Papier sulfurisé

Greffage de surface

Résumé

Le secteur de l'emballage occupe une place importante dans notre société et la conjoncture actuelle oblige à découvrir de nouveaux matériaux à la fois barrières et d'origine renouvelable. Les dérivés de cellulose avec un support papier peuvent être une bonne alternative. Des dérivés de cellulose ont donc été synthétisés et leurs propriétés barrières obtenues. Dans le cas des esters de cellulose à longue chaîne (ECLC), plus la longueur de chaîne est importante, plus l'effet barrière à la vapeur d'eau est conséquent. Ceci serait dû à l'organisation en "phase cristalline liquide" apportée par une chaîne grasse saturée ayant plus de 7 groupements méthylène. A contrario, la barrière au dioxygène diminue lorsque l'écartement des chaînes de cellulose est important. L'étude de nouveaux dérivés esters aromatiques de cellulose a démontré que la présence d'une chaîne grasse sur un dérivé aromatique semble la meilleure solution pour combiner les deux effets barrières. L'étape de transformation du papier sulfurisé a ensuite été étudiée comme milieu pour réaliser ces greffages. Le gel sulfurisé de cellulose formé est une cellulose amorphe de faible degré de polymérisation avec des groupements OH disponibles. Une méthode de quantification de ce gel a été proposée. Une modification chimique du papier sulfurisé a été testée à plusieurs niveaux du procédé. Le greffage par traitement thermique sur le papier buvard et sur le papier sulfurisé a été prouvé et permet d'obtenir des papiers fortement hydrophobes lorsque nous utilisons des chlorures d'acyles gras ou des isocyanates gras. Cette nouvelle méthode de greffage avec les isocyanates gras évite la formation d'acide chlorhydrique gazeux. En revanche, la présence du milieu gel sulfurisé de cellulose rend le greffage difficile (milieu aqueux, formation d'un complexe). Ce dernier peut, toutefois, être mis à profit pour l'obtention de matériaux composites naturels avec des propriétés mécaniques et barrières améliorées.

Packaging is an important field in the world and the trend is to discover new renewable materials with barrier properties. Cellulose derivatives on paper seemed to be a good solution. So cellulosics has been synthesized and their barrier properties tested. Water vapor barrier of Long Chain Cellulose Esters (LCCE) improves with chain length. It seems to be due to a liquid crystal phase formation obtained when there are more than 7 methylene groups. In the contrary, dioxygene barrier decreases when the cellulose chains spread out. The new aromatic cellulose esters study shows that fatty chains on aromatic seems to be the most interesting solution to obtain the two barrier in the same time. Then, the transformation step of vegetable parchment has been chosen as medium to make these graftings. Sulfurized cellulose gel obtained is amorphous cellulose with low polymerization degree and available OH. A method to quantify this gel has been proposed. Chemical modification of vegetable parchment has been tested at different process steps. On one hand, grafting by heating on paper and vegetable parchment has been proved and permit to manufacture hydrophobic paper with use of fatty acid chlorides or fatty isocyanates. The new grafting technique with fatty isocyanates avoids hydrogen chloride formation. On the other hand, sulfurized cellulose gel prevents from grafting (aqueous, complex formation). It could be used however to manufacture new biobased composites with best mechanical and barrier properties.