Composites and active materials : Lignocellulosic fibers for biobased products
Composites et matériaux actifs : Utilisation des fibres lignocellulosiques pour l'élaboration de produits biosourcés
Résumé
This doctoral thesis is based on a research work carried out over a period of more than 20 years and was written in order to obtain a PhD diploma by Validation of Acquired Experience (VAE). My research work is in total adequacy with the current societal and environmental expectations since it deals with the study and use of lignocellulosic fibers for two major fields of application: biocomposites and active materials for packaging and biomedical. In the case of biocomposites, the studies presented in this work mainly address the issue of compatibility between lignocellulosic reinforcements and polymeric matrices. Indeed, lignocellulosic fibers or their derivatives are polar while matrices are generally apolar. In order to obtain good properties, it is therefore necessary to improve the reinforcements/matrix interactions. For this purpose, we were mainly interested in the modification of these lignocellulosic reinforcements. Three strategies have been used. The first one deals with cellulose nanocrystals (CNC) used as reinforcement. They have been chemically modified by aromatic acids, using a green process, to make them less polar. The second strategy is based on the adsorption of biobased molecules, xyloglucan (XG), and CNC on flax woven fabrics, with the same objective of improving interactions. The last strategy is based on the use of a simple soda extraction process of bamboo fibers. This process allows maintaining high yields and increasing the surface roughness of the fibers to improve mechanical anchoring of the matrix. For the active material application, we have taken advantage of the properties of nanocellulose and in particular of nanofibrils (CNF). CNFs are of interest as a modification “platform” for obtaining active properties. The presented work is based on the use of oxidized or non-oxidized CNFs and modified by grafting or adsorption. The antimicrobial activity of the obtained materials has been analyzed and their interest in the field of packaging and biomedical applications, more particularly as external dressing, has been evaluated.
Cette thèse s’appuie sur des travaux de recherche réalisés sur une période de plus de 20 ans et elle a été rédigée dans le but d’obtenir le diplôme de doctorat par Validation des Acquis par l’Expérience (VAE). Mes travaux de recherche sont en adéquation avec les attentes sociétales et environnementales actuelles puisqu’ils traitent de l’étude et de l’utilisation de fibres lignocellulosiques pour deux grands domaines d’application : le domaine des biocomposites et celui des matériaux actifs pour l’emballage et le biomédical.Dans le cas des biocomposites, les études présentées dans ce travail traitent essentiellement de la problématique de la compatibilisation entre renforts lignocellulosiques et matrices. En effet, les fibres lignocellulosiques ou leurs dérivés sont polaires alors que les matrices sont en général apolaires. Pour obtenir de bonnes propriétés, il faut donc améliorer les interactions renforts/matrice. Pour cela, nous nous sommes principalement intéressés à la modification de ces renforts lignocellulosiques. Trois stratégies ont été utilisées. La première s’intéresse à des nanocristaux de cellulose (CNC) utilisés comme renfort. Ils ont été modifiés chimiquement par des acides aromatiques, selon un procédé vert, pour les rendre moins polaires. La deuxième stratégie est basée sur l’adsorption de molécules biosourcées, du xyloglucane (XG), et de CNC sur des tissus de lin, avec le même objectif d’amélioration des interactions. La dernière stratégie s’appuie sur l’utilisation d’un procédé simple d’extraction de fibres de bambou à la soude. Il permet de maintenir un rendement matière élevé et de texturer la surface des fibres afin d’améliorer l’ancrage mécanique de la matrice. Pour l’application relative aux matériaux actifs, nous avons mis à profit les avantages de la nanocellulose et en particulier des nanofibrilles (CNF). Les CNF ont un intérêt comme « plateforme » de modification pour l‘obtention de matériaux présentant des propriétés actives. Les travaux présentés sont basés sur l’utilisation de CNF oxydées ou non et modifiées par greffage ou par adsorption. L’activité antimicrobienne des matériaux obtenus a été analysée et leur intérêt dans le domaine de l‘emballage et du biomédical, plus particulièrement en tant que pansement externe, a été évalué.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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