Nano-biocomposites (systèmes structurés à base d amidon plastifié et d argiles)

Abstract

Les bioplastiques représentent une solution élégante aux problèmes environnementaux induit par l utilisation de plastiques issus de ressources non renouvelables. Parmi les différents biopolymères pouvant être développés, l amidon apparaît être une solution écologiquement viable puisque que ce matériau est directement produit lors de la phase de croissance de la plante et ensuite extrait. Néanmoins, s il est possible de développer des matériaux plastiques à partir de cette matrice amylacée, de nombreuse faiblesses, telles que de faibles propriétés mécaniques et une forte sensibilité à l eau, restent à solutionner. L introduction et de charges nanométriques (nanocharges) de type argile (montmorillonite et sépiolite), en vue de produire des matériaux nano-biocomposites, vise à pallier à ces principales déficiences. L analyse de l influence de la nature de la surface de la nanocharge a clairement montré le rôle majeur de l utilisation d un comptabilisant à l interface matrice/nanocharge, à savoir l'amidon cationique. Par ailleurs, le rôle du plastifiant sur la dispersion et les propriétés résultantes de ces nano-biocomposites a également été étudié. L ensemble de ces travaux a révélé des nano-structures complexes, fortement influencées par la polarité des différents éléments constitutifs de ces matériaux nano-biocomposites, mais a également clairement éclairé la forte valeur ajoutée d une telle démarche. Enfin, une étude plus fondamentale nous a permis de mieux décrire l influence de ces nanocharges, en fonction de leur état de dispersion, sur le comportement mécanique macroscopique de ces matériaux.Bioplastics are a powerful strategy to answer to the environmental diseases induced by non-degradable plastics produced from non renewable resources. Since starch is inherently biodegradable and produced during the plant growth, it seems to be a suitable option to develop environmentally friendly materials. Nevertheless, even if bioplastics can be produced with this biomacromolecule, the resulting materials are very sensitive to water and have low mechanical properties. The dispersion of nanosized fillers (nanofillers), like clays (montmorillonite, sepiolite), to produce nano-biocomposite materials, is an interesting option to overcome these weaknesses. The influence of the nanofillers surface treatment has been studied and has highlighted the key role of this parameter on the resulting morphology. It has been demonstrated that the use of a clay compatibilizer, namely cationic starch, is required to have an optimal dispersion quality. Moreover, one part of this study has revealed the influence of the plasticizer on the nanofillers morphology. Thus, these analyses have shown complex morphologies, influenced by the polarity of the different components of the nano-biocomposites, but have also demonstrated the added value of such development. Finally, a more fundamental work allowed us a better understanding of the nanofiller influence, as a function of their dispersion state, on the macroscopic mechanical behaviour of these materials.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF