Etude des relations structure-propriétés de matériaux à base d'amidon : effet d'orientation et d'irradiation sous faisceau d'électrons

Structure-properties relations of starch-based materials : impact of orientation and electron beam irradiation.

• Auteur / Autrice : Pierre-Yves Mikus
• Direction : Patrice Dole
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences - STS
• Date : Soutenance le 22/11/2011
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Fractionnement des Agro-Ressources et Environnement (FARE) - INRA UMR A 614 (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Baumberger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Dole, Xavier Coqueret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Prochazka, Anne Marie Riquet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermoplastiques

Mots clés libres

Amidon plastifié

Thermoplastique

Extrusion

Propriétés mécaniques

Glycérol

Tps

Plasticized starch

Thermoplastic

Extrusion

Tps

Mechanical properties

Glycerol

Résumé

Ce travail s'inscrit dans la démarche générale de compréhension et d'amélioration des propriétés mécaniques des matériaux thermoplastiques amylacés, en proposant une nouvelle démarche originale de modification structurale de l'amidon thermoplastique s’appuyant sur la combinaison de deux techniques: la réticulation de l'amidon sous faisceau d’électrons et l'orientation macromoléculaire issue du procédé de transformation par extrusion. La première partie du manuscrit est consacrée aux propriétés thermomécaniques de l’amidon plastifié et propose notamment une mise à jour de la courbe maitresse contrainte-allongement mettant en évidence le phénomène d’antiplastification mais aussi de surplastification grâce notamment à l’étude des propriétés à Tg équivalentes. L’évolution des températures de transition β (Tβ) des matériaux a pu être reliée aux différentes étapes de la plastification et des analyses ATG ont mises en évidence les phénomènes de sorption et désorption du plastifiant. Les mécanismes d’endommagement de l’amidon plastifié ont également été explorés à l’aide de la technologie de vidéotraction. Le second chapitre du document est consacré à l’étude de la réticulation de l’amidon thermoplastique à l’état solide sous faisceau d’électrons. De nombreux facteurs ont été étudiés comme la dose absorbée, la teneur en eau, la teneur en plastifiant, le type et la teneur en réactif introduit, ainsi que l’impact du taux de réticulation sur le mécanisme de rétrogradation. Le troisième et dernier chapitre traite du mécanisme d’orientation moléculaire particulier de l’amidon thermoplastique, et de son impact sur les propriétés mécaniques. Le couplage de l’orientation et de l’irradiation sous faisceau d’électrons a également été appréhendé.

This work is part of the general approach aiming to understand and improving the mechanical properties of thermoplastics starch materials by proposing a new and original approach to the structural modification of thermoplastic starch through the combination of two techniques: radiation crosslinking and macromolecular orientation. The first part of the thesis focuses on the thermo-mechanical properties of plasticized starch and proposes an update to the master Stress-strain curve highlighting “antiplasticization” and “overplasticization” phenomena thanks to the study of properties at equivalent Tg. The evolution of materials β transition temperature (Tβ) could also be linked to the different plasticization stages and TGA results highlighted the sorption and desorption phenomenon of the plasticizer. The damage and fracture mechanisms of plasticized starch were also explored with videotraction technology. The second chapter of the document is devoted to the study of crosslinking of thermoplastic starch at solid state under an electron beam radiation. Many factors were explored like the absorbed dose, water content, plasticizer content, nature and amount of crosslinking agents introduced, and their impact on curing mechanisms and retrogradation of the plasticized starch. The third and final chapter deals with the specific mechanism of molecular orientation of the thermoplastic starch and its impact on mechanical properties. The coupling of orientation and irradiation under an electron beam was also investigated.