Tailoring the Surface Charge of Cellulose Nanocrystals (CNC) Using a Polycation

Dans ce travail, la surface de nanocristaux de cellulose (CNC) a été modifiée en utilisant un polymère cationique, le polyéthylèneimine (PEI), pour améliorer leur compatibilité avec des milieux non polaires. La modification de surface, réalisée par un procédé simple et sans utiliser de solvants organiques, a été confirmée par différentes techniques analytiques : spectroscopie XPS, spectroscopie FT-IR et mesures de potentiel zêta. Une analyse thermogravimétrique (TGA) a été réalisée pour étudier la stabilité thermique des CNC séchés-modifiés (mCNC). La spectroscopie UV-Vis a également été réalisée pour étudier le taux de sédimentation des mCNC dans l'eau, ainsi que la stabilité du modificateur. Les charges de surface des mCNC ont été modifiées par les polycations, et les mCNC ont précipité dans l'eau ; ils pouvaient cependant être dispersés dans le toluène. On a également montré que les mCNC étaient stables sur une plage de températures adéquate (jusqu'à 200 °C), compatible avec la dispersion en polymère fondu. Être en contact avec un milieu neutre (l'eau et huile minérale) n'a pas affecté l'efficacité du modificateur de surface. De plus, une augmentation significative des propriétés viscoélastiques et du comportement gel est observée pour les suspensions aqueuses de mCNC, attribuée à l'effet électrovisqueux et à la formation d'une structure d'agglomérats du PEI/CNC en suspension aqueuse. Ces résultats indiquent que PEI a un grand potentiel pour être utilisé commercialement comme modificateur de surface des CNC grâce à un processus efficace, à faible coût et respectueux de l'environnement. Au-delà du traitement par PEI, la modification de surface de CNC a été préliminairement examinée utilisant deux grades de chitosanes. Les résultats obtenus ont démontré que le chitosane peut adsorber sur la CNC chargée négativement par interaction électrostatique et modifier ses propriétés de surface. Les CNC séchées-modifiées avec le chitosane (CHI-CNC) précipitent dans l'eau, mais se dispersent dans toluène. Les propriétés viscoélastiques de la suspension aqueuse CNC à une concentration de CNC de 1% massique augmentent de manière significative en ajoutant une faible quantité de chitosane (1% massique par rapport à la charge en CNC). Ceci est attribué à la structure du chitosane et une affinité élevée entre le chitosane et la CNC. En raison des propriétés bénéfiques du mélange CNC-chitosane, une étude plus approfondie de ce biopolymère en tant que modificateur de surface est proposée.