Fonctionnalisation chimique des nanocristaux de cellulose par acylation avec les esters de vinyle : impact sur les propriétés de revêtements chargés en nanocellulose

Chemical functionalization of cellulose nanocrystals (CNC) by acylation with vinyl esters : impact on the properties of coatings filled with nanocellulose

• Auteur / Autrice : Jérémie Brand
• Direction : Gilles Sèbe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Polymères
• Date : Soutenance le 18/11/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Henri Cramail
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Sèbe, Henri Cramail, Julien Bras, Laurent Heux, Bernard Cathala, Sylvain Bourrigaud, Christophe Magro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julien Bras, Laurent Heux
• DOI : 10.70675/76e2b21cz0808z46a3z96c4z44893d639378

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanocristaux de cellulose

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Matériaux hybrides

Résines vinylesters

Acylation

Mots clés libres

Nanocristaux de cellulose

Fonctionnalisation

Esters de vinyle

Nano-composites

Cellulose nanocrystals

Functionalization

Vinyl esters

Nanocomposites

Résumé

Ce travail de thèse a pour objectif d’élaborer de nouveaux revêtements composites en utilisant les nanocristaux de cellulose (NCC) comme additifs biosourcés. Pour pallier au problème d’incompatibilité entre les charges hydrophiles et les matrices hydrophobes, une méthode simple à partir des esters de vinyle a été développée pour fonctionnaliser la surface des NCC. Une étude préliminaire réalisée à partir de l’acétate de vinyle utilisé comme réactif modèle, a d’abord permis d’optimiser les conditions de réaction. Ce protocole expérimental a ensuite été étendu à d’autres esters de vinyle fonctionnels, confirmant le caractère polyvalent de la méthode. Les NCC non modifiés et acétylés ont été dispersés dans des matrices acryliques (latex) ou polyuréthane (réticulable), afin d’étudier leur impact sur les performances mécaniques et barrières des composites. Une amélioration des propriétés mécaniques et barrières à l’oxygène a pu être observée dans certains cas, mais l’acétylation de surface des NCC n’a pas conduit à de meilleures performances. Une solution bicouches constituée d’un film 100 % NCC acétyles recouvert de polymère a alors été envisagé et a d’augmenter fortement les propriétés barrières à l’oxygène des différents matériaux. Certains NCC fonctionnalisés ont également été dispersés dans une matrice polydiméthylsiloxane, potentiellement utilisable comme revêtement protecteur pour l’aérospatial. Une amélioration notable de la stabilité thermique et optique sous irradiations UV dans des conditions géostationnaires a alors été observée.

The objective of this research work consist in the elaboration of novel compositecoatings using cellulose nanocrystals (CNC) as biobased additives. To palliate the problem ofincompatibility between the hydrophilic filler and the hydrophobic matrices, a simple methodbased on vinyl esters was developed to functionalize the CNC surface. A preliminary studyperformed with vinyl acetate selected as model reactant first allowed optimizing the reactionconditions. This experimental protocol was subsequently extended to other functional vinylesters to confirm the versatility of the method. The unmodified and acetylated CNC weredispersed in acrylic polymers (latex) or polyurethane (cross-linked resin) matrices, to studytheir impact on the mechanical and barrier performances of the composites. An improvementof the mechanical and barrier properties could be observed in some cases, but the CNCacetylation did not improve further the performances. A bi-layer approach consisting in afilm of 100 % of acetylated CNC coated with the polymer was then envisaged, and allowedincreasing significantly the oxygen barrier properties of the different resins. Some of thefunctionalized CNC were incorporated into a polydimethylsiloxane matrix, for a potential useas protective aerospace coating. A significant improvement in thermal stability and in opticalstability under UV irradiation in geostationary conditions was then observed.