Elaboration and manufacturing of nanocomposite blown films using a biobased polymer for single-use application : study of fracture behavior

Abstract

Ce travail a pour objectif le développement et l’analyse du comportement de films nanocomposites en poly(acide lactique) (PLA), obtenus par extrusion gonflage, pour application textile à usage unique. L’utilisation du PLA, est justifiée par son origine naturelle et ses bonnes performances physiques. Il présente néanmoins quelques limites compte tenu de l’application visée (notamment en termes de sensibilité à la dégradation thermique, aptitude au gonflage et souplesse) nécessitant sa modification par des plastifiants et des agents de branchement dont l’efficacité est tout d’abord évaluée. L’ajout de nanocharges est justifié par les performances de barrière attendues. Deux argiles, associées à divers traitements de surface, sont incorporées à la matrice PLA modifiée à l’état fondu, par extrusion. L’état de dispersion est caractérisé par un couplage de techniques globales (rhéologie, microscopie électronique à balayage) ou locales (diffraction des rayons X, microscopie électronique par transmission) et permet de juger de l’efficacité des traitements proposés. Les nanocomposites ainsi élaborés sont utilisés pour la fabrication de films par extrusion gonflage. La caractérisation de leurs performances mécaniques et de barrière permet alors d’optimiser la formulation compte tenudes contraintes imposées par le cahier des charges de l’application visée. Enfin, la ténacité de films soufflés est caractérisée par la méthode du travail essentiel de rupture dont la validité est analysée sur la base de mesures de champs cinématiques pour certaines de ces formulations.The aim of this work is the development and the behavior analysis of blown nanocomposite films based on polylactic acid (PLA), obtained by extrusion-blowing for single-use textile application. The use of the PLA is justified by its natural origin and by its good physical properties. However, PLA presents some limits (in particular, in terms of sensibility to the thermal degradation, processabilty by extrusion-blowing and flexibility) requiring its modification by branching and plasticization. Te efficiency of these modifications was estimated first of all. Adding Nanoclay is justified by the barrier properties aimed. Two nanoclays, associated to different surface treatment, were incorporated to PLA by melt intercalation using an extruder. The dispersion level of the modified clays was analyzed by global techniques (rheology, scanning electron microscopy) or local techniques (X-ray diffraction, transmission electron microscopy) and leads to characterize the efficiency of clay treatments. Nanocomposites so elaborated were used for manufacturing films by extrusion-blowing. The characterization of their mechanical and barrier properties allowed to optimize the film composition considering the aimed application. Finally, film tenacity was studied by the essential work of fracture method for blown films. The relevance of this method is studied via the validation of hypotheses necessary for its application. The technique that measures the displacement field has allowed us to study two of these hypotheses