Effect of Chain Extension on Rheology and Tensile Properties of PHB and PHB-PLA Blends

Le poly(3-hydroxybutyrate), ou PHB, est un polymère biodégradable synthétisé par voie bactérienne. L'intérêt porté à ce polymère biodégradable est motivé par ses propriétés mécaniques, qui sont fort similaires à celles du polypropylène, un polymère non-biodégradable avec plusieurs applications commerciales. Actuellement, la substitution du polypropylène par du PHB est limitée par les propriétés physiques (?) de ce dernier qui le rendent difficile à traiter. Ces limitations sont liées au fait que le PHB est presque isotactique, ce qui signifie que sa cristallisation est fort favorisée. Cette cristallinité élevée rend le polymère rigide mais fragile, et augmente son point de fusion à 170oC. Par comparaison, le point de fusion de poly(4-hydroxybutyrate) est de 53oC. Ce point de fusion élevé complique le traitement du PHB, qui commence à se dégrader spontanément au-dessus de 170oC, c'est-à-dire dès qu'il est fondu. Étant donné que le polymère doit être fondu afin d'être mélangé ou moulu, il est impossible d'éviter sa dégradation. Dans cette étude, le PHB est mélangé avec différents produits chimiques conçus spécialement pour augmenter le poids moléculaire des polyesters tels que le PHB. Ces produits chimiques sont appelés « chain extender », ou « allongeur de chaine », car ils réagissent avec les embouts des chaines polymériques pour produire une chaine allongée. Quatre allongeurs de chaine (le Joncryl ® ADR 4368-C, le dianhydride pyromellitique, le diisocyanate d'hexaméthylène, et le polycarbodiimide) ont été mélangés avec un copolymère aléatoire de PHB (98 mol%) et de poly(3-hydroxyvalerate) (2 mol%). La concentration d'allongeur de chaine dans le polymère a été variée entre 0.25% et 4% massique. L'évolution du poids moléculaire du polymère résultant de ces différents mélanges est déduite de la viscosité complexe, déterminée par rhéologie à plan parallèle. Il a été observé qu'aucun des allongeurs n'a permis de réduire le taux de dégradation du PHB, et que seul le Joncryl a entrainé une augmentation du poids moléculaire du polymère. Le PHB a également été mélangé avec du poly(L-acide lactique), ou PLA, pour des rapports PHB/PLA de 100/0, 75/25, 50/50, 25/75, et 0/100. Comme précédemment, la stabilité thermique a été déduite de la viscosité complexe. Lors de ces expériences, il a été observé que les mélanges riches en PHB (100% PHB/0% PLA, 75% PHB/25% PLA) ont continué à se dégrader au même taux que le PHB pur. Le mélange 50% PHB/50% PLA, quant à lui, a présenté un gain initial de viscosité complexe, mais a néanmoins continué à se dégrader au même taux que le PHB pur. Par contre, la viscosité complexe du mélange de 25% PHB/75% PLA était égale à celle du PLA pur. Ces cinq mélanges viii ont ensuite été reproduits mais en présence de 1% massique de Joncryl dans le but d'étudier l'effet de l'allongement des chaines sur les caractéristiques du polymère. Il en a résulté que les mélanges 50% PHB/50% PLA, 25% PHB/75% PLA et 100% PLA présentaient une augmentation de viscosité complexe de plus de dix fois celle de leur homologue sans Joncryl. Cependant, le mélange 75% PHB/25% PLA n'a présenté une augmentation de sq viscosité complexe que de deux fois celle du mélange sans Joncryl. L'effet du Joncryl sur les propriétés mécaniques des mélanges de PHB et PLA a aussi été étudié par essai de traction uniaxial. Les résultats ont indiqué une augmentation de la contrainte au seuil d'écoulement et d'allongement à la rupture avec l'ajout de Joncryl, mais une diminution du module de Young. En conclusion, l'ajout d'allongeurs de chaines n'a qu'un effet marginal sur la dégradation du PHB.