Study of the molecular mobility of biosourced polyesters with controlled chemical structures
Etude de la mobilité moléculaire de polyesters biosourcés à structures chimiques contrôlées
Résumé
The decline of fossil resources and the raise of collective awareness about the impact of plastic waste on the environment impose to look for possible alternatives to petroleum-based polymers with reduced carbon footprint and environmental risks. For this reason, bio-sourced and/or biodegradable polyesters have attracted much attention from both academic researchers and industrials. This thesis focuses on the thermal characterization of co-polyesters based on hydroxy-fatty acids, which are extracted from tomato-peel agro-wastes, and poly (alkylene trans-1,4-cyclohexanedicarboxylate) (PCHs), which are biodegradable and potentially biobased materials with interesting barrier properties. This thesis shows that both systems have high crystallization rates and form complex microstructures involving several polymorphs with a high density of small spherulites. The microstructure depends on the processing conditions (cooling rate from the melt, crystallization temperature) and on the chemical nature of the material (crosslinking density for the hydroxy-fatty acids, and alkyl chain length within the main structure of the repeating unit for the PCHs). Crosslinking reduces the mobility of the macromolecular chains and inhibits crystallization, whereas the alkyl chain length induces an odd-even effect with consequences on the melting and crystallization temperatures, on the coupling between the amorphous and crystalline phases, on the fragility index and on the glass-forming ability.
La diminution des ressources fossiles et la prise de conscience collective de l’impact des déchets plastiques sur l’environnement nécessitent la recherche d’alternatives possibles aux polymères issus du pétrole, avec une empreinte carbone et des risques environnementaux réduits. C’est pourquoi les polyesters biosourcés et/ou biodégradables ont attiré l’attention des chercheurs universitaires et des industriels. Cette thèse se concentre sur la caractérisation thermique des copolyesters à base d'acides gras hydroxylés, qui sont extraits des déchets agricoles de tomate, et de poly (alkylene trans-1,4-cyclohexanedicarboxylate) (PCHs), qui sont des matériaux biodégradables et potentiellement biosourcés avec d'intéressantes propriétés barrières. Cette thèse montre que les deux systèmes ont des vitesses de cristallisation élevées et forment des microstructures complexes impliquant plusieurs polymorphes avec une forte densité de petites sphérulites. La microstructure dépend des conditions de traitement (vitesse de refroidissement depuis le fondu, température de cristallisation) et de la nature chimique du matériau (densité de réticulation pour les acides gras hydroxylés et longueur de la chaîne alkyle dans la chaîne principale de l'unité répétitive pour les PCHs). La réticulation réduit la mobilité des chaînes macromoléculaires et inhibe la cristallisation, tandis que la longueur de la chaîne alkyle induit un effet pair-impair avec des conséquences sur les températures de fusion et de cristallisation, sur le couplage entre les phases amorphe et cristalline, sur l'indice de fragilité et sur l'aptitude à former un verre.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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