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RÉSUMÉ
La cellulose se présente sous la forme de microfibrilles cristallines possédant des propriétés physiques axiales proches de celles du cristal parfait. Des suspensions aqueuses de nanocristaux peuvent être préparées par hydrolyse acide du substrat. Les nanocristaux résultants sont composés de particules en bâtonnets, ou whiskers, dont les dimensions dépendent de la nature du substrat. Ils peuvent être utilisés pour préparer des nanocomposites à matrice polymère. La formation d'un réseau rigide, résultant d'interactions fortes entre whiskers, est gouvernée par un mécanisme de percolation. Ce réseau obtenu par liaisons hydrogène conduit à un effet de renfort exceptionnel et à la stabilisation thermique du composite. Hormis des applications pratiques, l'étude de ces matériaux nanocomposites peut aider à la compréhension de certaines propriétés physiques comme les phénomènes de percolation géométrique et mécanique.
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Alain Dufresne : Professeur à l’Institut polytechnique de Grenoble, travaille au laboratoire de génie des procédés papetiers (LGP2 - UMR CNRS 5518) de l’École internationale du papier, de la communication imprimée et des biomatériaux (Pagora)
INTRODUCTION
La cellulose se présente sous la forme de microfibrilles cristallines présentant des propriétés physiques axiales proches de celles du cristal parfait. Des suspensions aqueuses de nanocristaux peuvent être préparées par hydrolyse acide du substrat. Les nanocristaux résultants se présentent sous forme de particules en bâtonnets ou whiskers, dont les dimensions dépendent de la nature du substrat (longueur typique de l’ordre de 100 nm et diamètre entre 5 et 20 nm). Ils peuvent être utilisés pour préparer des nanocomposites à matrice polymère. La formation d’un réseau rigide, résultant d’interactions fortes entre whiskers, est gouverné par un mécanisme de percolation. Ce réseau obtenu par liaisons hydrogène conduit à un effet de renfort exceptionnel et à la stabilisation thermique du composite. Hormis des applications pratiques, l’étude de ces matériaux nanocomposites peut aider à la compréhension de certaines propriétés physiques comme les phénomènes de percolation géométrique et mécanique.
Cellulose occurs as crystalline microfibrils that have axial physical properties approaching those of perfect crystals. Aqueous suspensions of such nanocrystals can be prepared by acid hydrolysis of the substrate. The resulting nanocrystals occur as rod-like particles or whiskers, which dimensions depend on the nature of the substrate (typical length around 100 nm and diameter ranging between 5 and 20 nm).They can be used to prepare polymer nanocomposites. The formation of a rigid network, resulting from strong interactions between whiskers, is governed by a percolation mechanism. This hydrogen-bonded network induced a huge reinforcing effect and the thermal stabilization of the composite. In addition to some practical applications, the study of these nanocomposite materials can help to understand some physical properties as geometric and mechanical percolation effect.
Cellulose, nanocomposites, whiskers, nanocristaux, microfibrilles
Cellulose, nanocomposites, whiskers, nanocrystals, microfibrils
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Microstructure des nanocomposites polymères renforcés par des whiskers de cellulose6. Mise en œuvre de nanocomposites polymères renforcés par des whiskers de cellulose
En raison de la stabilité des dispersions aqueuses de nanocristaux polysaccharides, l’eau est le milieu privilégié de mise en œuvre. Ceci limite le choix de la matrice aux polymères hydrosolubles ou hydrodispersibles. Une première alternative consiste à utiliser des polymères dispersés en milieu aqueux, c’est-à-dire des latex, qui permettent l’utilisation de polymères hydrophobes comme matrice et assurent un bon niveau de dispersion de la charge. La dispersion des nanocristaux polysaccharides en milieu non aqueux est une seconde alternative qui ouvre de nouvelles possibilités pour la mise en œuvre de nanocomposites. Peu d’études reportent dans la littérature l’élaboration de nanocomposites renforcés par des nanocristaux polysaccharides par extrusion. Une tentative de préparation de nanocomposites à base de whiskers de cellulose extraits de MCC et d’acide polylactique (PLA) par extrusion à l’état fondu a été reportée . L’alcool polyvinylique (PVA) a été utilisé comme agent compatibilisant pour améliorer la dispersion des whiskers de cellulose au sein de la matrice PLA . Des whiskers de ramie greffés avec des chaînes grasses de différentes longueurs ont également été dispersés par extrusion dans du polyéthylène basse densité (PEBD) .
6.1 Latex de polymère
La première étude sur des nanocomposites renforcés par des nanocristaux de cellulose a été reportée par Favier et al. dans ...
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