Des films composites conducteurs issus de matériaux ligno-cellulosiques

Le bois dans la composition des matériaux conducteurs d’électricité ? Certains composés cellulosiques peuvent jouer ce rôle. Aujourd’hui à titre expérimental, des dérivés du bois sont utilisés pour réaliser des polymères qui peuvent servir pour élaborer des substrats souples, utilisables dans la fabrication de cellules photovoltaïques, de transistors organiques, d’oLED, d’antennes RFID, d’électrodes pour batteries, mais aussi en tant qu’encres conductrices dans les procédés d’impression flexographie et jet d’encre… Dans ce cadre, le projet Celloled du Centre technique du papier (CTP),  l’objet d’un partenariat avec Grenoble INP-Pagora, centre européen de formation des ingénieurs pour ces filières, appartenant au groupe Grenoble INP, s’intéresse à la valorisation des dérivés du bois avec, en perspective, une ouverture à de nouveaux marchés. Au centre de la recherche, le polypyrrole, reconnu pour ses qualités conductrices, est obtenu par polymérisation chimique du pyrrole. La polymérisation est amorcée par un oxydant, le persulfate d’ammonium. Les propriétés du polypyrrole sont améliorées par un dopant.

« Le greffage de carboxyméthylcellulose, de xylanes (poly¬mères de xyloses), de micro ou nano fibrilles de cellulose, permet d’obtenir un film conducteur qui présente de bonnes performances conductrices » affirmait, il y a quelques mois, Claudia Sasso, doctorante au CTP. Obtenu sous forme de poudres, il peut également servir pour former des films autoportants en mélangeant ces poudres à des micro-fibrilles de cellulose. Rien que des dérivés du bois ! » Aujourd’hui, Claudia Sasso a présenté les résultats de son travail de recherche dans le cadre d’une thèse de doctorat de Grenoble INP, spécialité Matériaux, Mécanique, Génie civil, Électrochimie, à Grenoble INP-Pagora, École internationale du papier, de la communication imprimée et des biomatériaux, intitulée  «Polymérisation du pyrrole avec des dérivés du bois et élaboration de films composites conducteurs issus de matériaux ligno¬-cellulosiques ».

Préparée dans le laboratoire LGP2 sous la direction de Naceur Belgacem, professeur, de Didier Chaussy, professeur, et de Davide Beneventi, chargé de recherche CNRS, de Grenoble INP-Pagora, cette thèse effectuée dans le cadre d’une bourse Cifre avec le Centre Technique du Papier, et supervisée par Elisa Zeno et Michel Petit-Conil, ingénieurs de recherche du CTP, traite de l’élaboration de composés de polypyrrole (PPy) et de dérivés de bois pour des applications dans le domaine de l’électronique organique.

Des dérivés ligno-cellulosiques ont été employés comme additifs dans un système où a eu lieu la polymérisation du pyrrole (Py). Ces agents on été additionnés grâce à leurs propriétés filmogènes pour la production de films autoportant. Ainsi, l’effet de l’ajout de carboxyméthylcellulose (CMC), de xylanes, de nano-fibrilles de cellulose (NFC) et de lignosulfonates sur les propriétés électriques et morphologiques du PPy a été évalué.

La concentration en additifs, la température et le temps de polymérisation sont les principaux paramètres considérés. Il a été montré que le xylane est le plus performant pour augmenter la conductivité de PPy. Ces particules de PPy ont été mélangées en milieu aqueux à différents agents filmogènes (CMC et NFC) afin de produire des films conducteurs autoportant. La contribution de ces liants sur les propriétés électriques, morphologiques et mécaniques des films élaborés a également été étudiée.