Development of High Barrier Nylon Based Multilayer Films

Les films multicouches sont composés d'une couche de coeur possédant de bonnes propriétés barrières et mécaniques, prise en sandwich entre deux couches de polyoléfines. Cette composition est couramment utilisée dans l'industrie des emballages alimentaires afin d'améliorer les propriétés mécaniques et barrières à l'oxygène et à l'humidité des films. Au cours de cette étude, des films multicouches à base de nylon aromatique (MXD6), aliphatique (PA6) et leurs nanocomposites, à hautes propriétés barrières ont été développés. Les performances thermiques, barrières (oxygène et vapeur d'eau) et mécaniques des films multicouches ont été comparées entre elles, en faisant varier la couche de coeur (PA6, MXD6 ou leurs nanocomposites). Dans la première partie de ce travail, des films de nylon aliphatique (PA6), de nylon aromatique (MXD6) ainsi que leurs nanocomposites, préparé par polymérisation in-situ avec 4wt% d'argile, ont été extrudés par calandrage à l'aide d'une extrudeuse de laboratoire et refroidis rapidement à l'aide de couteaux d'air. Les propriétés rhéologiques, cristallines, thermiques, barrières et mécaniques des résines pures et des films monocouches extrudés ont été étudiées et comparées. Dans la seconde partie de ce travail, les films monocouches produits ont été étirés uniaxialement à 110 ºC avec un rapport d'étirage variant de 1.5 à 5. L'alignement de l'argile généré par l'étirement des films de nanocomposites ont été mesurés à l'aide de trois techniques différentes : déconvolution des pics en FTIR, soustraction spectrale interactives en FTIR, et diffraction aux Rayons X. Il a été déterminé que les particules d'argile sont principalement orientées dans la direction machine (MD) et que leur orientation est améliorée sous l'effet de l'étirement uniaxial. L'effet des changements d'orientation des cristaux pour toutes les phases III cristallines et amorphes a été examiné à l'aide de la diffraction aux rayons X et de l'analyse trichroique des spectres FTIR. Basé sur les modèles WAXD et les résultats en FTIR, il a été possible de proposer un model schématique afin de décrire le mécanisme de cristallisation du nylon en présence d'argile. Dans la troisième partie de cette étude, l'effet de l'étirement uniaxial sur la structure cristalline, les propriétés thermiques, mécaniques et barrières à l'oxygène des nylons aromatiques et aliphatiques ainsi que de leur nanocomposites ont été étudiés et comparées. Finalement, les films multicouches contenant en couche de coeur, le PA6, ou le MXD6, ou leur nanocomposites ont été produits en utilisant une unité de coextrusion calandrage de laboratoire. Les couches sandwitch de peau sont en LLDPE, et agissent comme des couches barrières à l'humidité. Des films multicouches à 5 couches (une couche supplémentaire a été ajouté de chaque côté entre la couche de coeur et de peau afin d'en améliorer la compatibilité) ont également été produits. Durant le procédé, les paramètres de production ont été optimisés afin d'éliminer les instabilités interfaciales et d'améliorer l'uniformité des films multicouches. Les films produits ont été caractérisés et comparés.