Mise en forme et caractérisation des mélanges polylactide/copolymère éther-amide

Les polymères bio-sourcés ont fait l'objet de nombreuses études dans le but de remplacer les matériaux plastiques provenant du pétrole. Parmi les matériaux bio-sourcés, le polylactide (PLA) est maintenant commercialisé pour des applications de thermoformages et d'emballages par extrusion soufflage. Sa transparence, son haut module d'Young, sa contrainte de traction maximale élevée et son coût relativement faible ont fait de ce polymère une solution commerciale viable. Toutefois, sa faible résistance aux chocs et aux hautes températures a limité son utilisation dans de nombreuses applications industrielles. L'étude ici menée s'intéresse à l'amélioration de la résistance en impact d'un grade de polylactide et tout particulièrement au lien entre la cristallinité des mélanges à base de PLA et leurs propriétés mécaniques. La résistance aux chocs du PLA a été augmentée par l'ajout d'un modifiant choc : un copolymère linéaire aléatoire d'éther-amide (PEBAX 3533TM). Un copolymère linéaire aléatoire d'éthylène, d'acrylate de méthyle et de méthacrylate de glycidyle (LOTADER AX8900TM) a aussi été utilisé pour compatibiliser le modifiant choc avec la matrice de PLA. Les propriétés rhéologiques, mécaniques et thermiques des mélanges trempés et recuits ont été analysées ainsi que leurs morphologies. D'un point de vue rhéologique, les mélanges ont été testés en cisaillement oscillatoire pour déterminer si les additifs utilisés pouvaient augmenter les propriétés à l'état fondu du PLA et améliorer sa résistance thermique. Des tests par DMA ont été effectués sur le PLA et les mélanges pour estimer leur tenue mécanique vis-à-vis de la température. La résistance au test impact Izod et les propriétés de traction ont été mesurées selon les standards ASTM. Une dispersion micrométrique du modifiant choc a été obtenue en présence du compatibilisant. Une estimation de la taille des cristaux de PLA par microscopie optique polarisée a été réalisée. Une augmentation significative de la ténacité des mélanges a été mesurée avec seulement 10 % en poids d'additifs. Les échantillons recuits ont montré les meilleures propriétés en impact avec une résistance atteignant 68 kJ/m2, soit 20 fois celle du PLA.

Abstract

Biobased polymers have been widely studied as substitutes for petroleum-based materials. Among these polymers, polylactide (PLA) has gained commercial acceptance in thermoformed and blow molded packaging applications because of its transparency, high tensile modulus and strength, and its cost competitiveness. However, the low impact strength of PLA and its poor temperature resistance have prevented its widespread use in many industrial applications. The present study focuses on the improvement of impact properties and particularly on the interaction between crystallinity development and mechanical properties of PLA-based blends. The PLA was toughened by the addition of a random linear ether-amide copolymer (Pebax 3533TM) that acted as an impact modifier. A random copolymer of ethylene, methyl-methacrylate and glycidyl-methacrylate (Lotader AX8900TM) was also used to reactively compatibilize the ether-amide copolymer with the PLA matrix. The rheological, mechanical and thermal properties of quenched and annealed blends and their morphology were investigated. In terms of melt rheology, the blends were investigated in oscillatory shear to determine if the impact modifiers could increase the melt strength of the material and its thermal stability. The Izod impact resistance and tensile properties were measured using standard testing protocols. The thermal resistance of the annealed blends was examined using dynamic mechanical analysis. A micron-size dispersion of the impact modifier was achieved in the presence of the reactive compatibilizer. Besides, the morphology of the crystals was analyzed using a polarized optical microscope. Significantly improved impact strength was found with as low as 10 wt% additives. Annealed samples showed the highest impact strength with values attaining 68 kJ/m², 20 times the one of PLA.