Modification des propriétés de surface de matériaux lignifiés : impact d'un greffage par voie physique - INRAE - Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement Access content directly
Theses Year : 2011

Modification of the surface properties of lignified materials : impact of physical treatment

Modification des propriétés de surface de matériaux lignifiés : impact d'un greffage par voie physique

Dan Zheng
  • Function : Author
  • PersonId : 904871

Abstract

In a context of green chemistry, this thesis deals with the surface properties of lignified materials, with a focus on the impact of physical grafting treatments. The objectives were 1) to confer hydrophobic properties to the surface of thermoplastic starch films, 2) to control the grafting / scission reactions within starch-lignin systems upon irradiation, 3) to elucidate the contribution of topography and chemical structure to the wetting phenomenon. An industrial grass alkali lignin recovered from the pulp and paper industry was incorporated into a starch-glycerol matrix at a 20% rate, using either potato or wheat starch. Thermoplastic sheets were obtained by extrusion, showing distinct properties as a function of starch origin, wheat starch properties being more dependent on the formulation and extrusion conditions. The sheets were submitted to electron beam irradiation at 200 and 350 kGy, before and after compression-moulding. Both compression-moulding and irradiation leads to a decrease of surface wettability with final contact angles characteristic of hydrophobic properties. The effect is more pronounced with irradiation and increases with irradiation dose. It is however not correlated to roughness variations, as shown by MEB and AFM observations. An investigation of the reactivity of the phenolic compounds during the treatments was undertaken. Extractible p-coumaric and ferulic acids undergo an up to 60 % conversion due to an irradiation-grafting process, whereas extrusion has little effect on them. In the presence of these compounds lignin condensation reactions prevail over depolymerisation.
Dans un contexte de chimie verte, cette thèse a pour objet les propriétés de surface de matériaux lignifiés et se focalise sur l'impact d'un greffage par voie physique, avec comme objectifs : 1) conférer des propriétés hydrophobes à des films d'amidon thermoplastique, 2) contrôler les réactions de greffage/scission au sein du système amidon-lignine lors de l'irradiation et 3) évaluer la contribution de la topographie et de la structure chimique sur le mouillage. Un échantillon de lignine alcaline industrielle de graminées a été incorporé à hauteur de 20 % à deux types de matrice amidons plastifié par du glycérol (blé ou pomme de terre) pour former des bandes par extrusion. Des propriétés distinctes sont observées en fonction de l'origine de l'amidon, l'amidon de blé étant plus sensible à la formulation et aux conditions de mise en forme. Un traitement par irradiation sous faisceau d'électron à 300 et 350 kGy a été appliqué avant ou après compression des bandes. La compression et l'irradiation conduisent chacune à une diminution de la mouillabilité de surface des bandes, avec obtention de surfaces hydrophobes. L'effet hydrophobant est renforcé dans le cas de l'irradiation et augmente avec la dose d'irradiation. Des observations en MEB et AFM ont montré qu'il n'était pas corrélé à des variations de rugosité. La réactivité des composés phénoliques a été étudiée en fonction du traitement. Les acides p-coumarique et férulique extractibles subissent une conversion pouvant atteindre 60% suite au phénomène de greffage sous irradiation alors que l'extrusion a peu d'effet. La présence de ces composés favorise la condensation des lignines aux dépends de leur dépolymérisation.
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Dates and versions

pastel-00605664 , version 1 (03-07-2011)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00605664 , version 1
  • PRODINRA : 246134

Cite

Dan Zheng. Modification des propriétés de surface de matériaux lignifiés : impact d'un greffage par voie physique. Polymères. AgroParisTech, 2011. Français. ⟨NNT : 2011AGPT0006⟩. ⟨pastel-00605664⟩
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