Amélioration des propriétés barrière à l’eau et au dioxygène des films EVOH et PLA par traitements de surface par plasma froid et incorporation de nanocharges
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Abstract EN:
The aim of the present work was to study the water and oxygen transport properties of EVOH and PLA films destinated for packaging application. Unfortunately, their structural characteristics limit their practical application. In order to overcome this drawback two different types of modification were proposed: surface modification by plasma treatment and bulk modification by incorporation of inorganic nanoparticles. The surface modification of the polymer film was performed by hydrophobic plasma treatment using CF4, CF4/H2 and CF4/C2H2 gases and tetramethyl silane. It was shown that such treatments improved the water barrier properties by decreasing the water solubility in the treated polymer films. The influence of different plasma treatments on the film properties was found to be a function of the polymer nature. Also, the elaboration of nanocomposites based on PLA matrix and Cloisite® 30B nanoparticles were elaborated. The incorporation of impermeable nanoparticles into PLA matrix increased the diffusion pathway due to the tortuous effect. An improvement of the water and oxygen barrier properties was observed due to the decreasing of the permeant molecule diffusion through the nanocomposites. In the case of both modifications, the presence of the plasticization effect was noticed. Finally, the correlation between the transport mechanism and the physical and structural properties of the polymer films was determined.
Abstract FR:
Ces travaux de thèse ont pour objectif l’étude des propriétés de transport à l’eau et au dioxygène des films à base de poly(éthylène-co-alcool vinylique) EVOH et à base de poly(acide lactique) PLA. Ces matériaux polymères destinés à l’emballage ont des performances limitées en termes de propriétés barrière à l’eau. Per effet de plastification leur perméabilité au dioxygène augmente aux fortes humidités relatives. C’est pourquoi deux voies de modifications ont été envisagées : les traitements de surface par plasma froid et incorporation de nanocharges inorganiques lamellaires. La première voie a consisté à modifier la surface des films de polymère en utilisant des traitements par plasma fluorés (CF4, CF4/H2 et CF4/C2H2) et silané (TMS) afin de rendre la surface des films plus hydrophobe. Ces traitements ont permis une amélioration des propriétés barrière à l’eau par diminution de la solubilité de l’eau dans les films de polymères traités. L’impact des différents traitements par plasma a été analysé en fonction de la nature du traitement et de la nature du polymère mis en jeu. La seconde voie a consisté à élaborer des nanocomposites à base de PLA et de Cloisite® 30B. L’idée d’introduire des entités imperméables dans la matrice réside dans l’allongement du chemin de diffusion pour le passage des molécules d’eau et de dioxygène par effet de tortuosité. Cette voie a conduit à une amélioration significative des propriétés barrière à l’eau et au dioxygène. Pour les deux voies de traitement envisagées et malgré l’effet barrière obtenu, la plastification par l’eau des films élaborés est toujours présente. L’exploitation des résultats a permis de corréler les mécanismes de transport aux propriétés structurales des films de polymères modifiés.