Synthèse et caractérisation de matériaux thermoplastiques issus de ressources renouvelables pour l'élaboration d'une membrane d'isolation
Institution:
StrasbourgDisciplines:
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Abstract EN:
Nowadays, replacing petroleum-based raw materials with renewable resources is a major concern in terms of both economical and environmental viewpoints. In this context, the goal of this work was to develop new green isolation materials. Vegetable oils, essentially constituted from triglycerides, were expected to be an ideal alternative chemical feedstock because of their lots of active chemical sites that can be used for polymerization. Two main materials corresponding to the desired properties were developed: one thermoplastic polyamide (DAPA) and one thermoplastic polyurethane (TPU); both issued from dimer fatty acids. Ageing under UV, temperature and water was performed on DAPA in order to evaluate the evolution of structure of the materials under these conditions and validate them for the future application. Moreover, in order to improve the mechanical properties of DAPA, polyamide-based biocomposites were prepared by adding cellulose fibres in the matrix. Studies of mechanical properties, especially by micromecanical modelling were investigated and showed the influence of cellulose fibres on the Young modulus, the yield stress and the elongation at break. Additional experiments showed limited affinity between the fibre and the polyamide matrix. Modification of the cellulose surface energy was thus investigated by chemical modification surface in order to improve the affinity fibres/DAPA. This work has revealed that the grafting of dimer fatty acid on cellulose surface increased significantly the affinity fibre/matrix and the mechanical properties of the resulting biocomposite.
Abstract FR:
De nos jours, la substitution des produits issus du pétrole par des ressources renouvelables est un enjeu majeur, d’un point économique et environnemental. Dans ce contexte, ce travail de thèse s’attache à développer de nouveaux matériaux d’isolation verts. Les huiles végétales, principalement constituées de triglycérides, sont d’excellents candidats pour ce type d’application car elles possèdent de nombreux groupements chimiques pouvant être polymérisés. Deux matériaux, correspondant aux propriétés désirées, ont été développés : un polyamide thermoplastique (DAPA) et un polyuréthane thermoplastique (TPU) ; tous les deux issus d’acides gras dimérisés. Afin de d’estimer l’évolution de ses propriétés au cours du temps et de les valider par rapport à l’application finale, un vieillissement accéléré du DAPA a été réalisé sous UV, à haute température et en présence d’eau. De plus, afin d’améliorer les propriétés mécaniques du DAPA, des biocomposites ont été réalisés par introduction de fibres courtes de cellulose dans la matrice. L’étude des propriétés mécaniques (notamment par modélisation mécanique) ont permis de mettre en évidence une forte influence des fibres sur le module d’Young, la contrainte au seuil d’écoulement conventionnel et l’allongement à rupture des matériaux composites obtenus. De plus, il a été montré que les fibres de cellulose avaient une affinité limitée avec la matrice DAPA. Afin d’améliorer cette dernière, des modifications de l’énergie de surface de la fibre ont été réalisées. Ces études ont montré que le greffage d’acides gras dimérisés sur la surface de la fibre augmentait de manière significative l’affinité fibre/matrice, ainsi que les propriétés mécaniques du biocomposite correspondant.