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Comportement rhéologique à l’état fondu de nanocomposites à base de nanocristaux de cellulose (CNCs)

Quentin Beuguel, Davood Bagheriasl, Charles Bruel, Jason Robert Tavares, Pierre J. Carreau and Marie-Claude Heuzey

Article (2018)

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Cite this document: Beuguel, Q., Bagheriasl, D., Bruel, C., Tavares, J. R., Carreau, P. J. & Heuzey, M.-C. (2018). Comportement rhéologique à l’état fondu de nanocomposites à base de nanocristaux de cellulose (CNCs). Rhéologie (34), p. 10-16. Retrieved from http://www.legfr.fr/larevue/index.php?Page=article...
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Abstract

Résumé Les propriétés rhéologiques de suspensions de nanocristaux de cellulose (CNCs), dans le polyéthylène glycol (PEG) et le polylactide (PLA), ont été étudiées à l’état fondu. Les CNCs, obtenus par une hydrolyse à l'acide sulfurique de pulpe de bois, sont séchés par pulvérisation ou lyophilisation. L’ultrasonication a été utilisée pour disperser les CNCs en solvants favorables aux polymères respectifs. Ces suspensions sont ensuite mélangées à des solutions de PEG ou PLA. Le séchage sous vide des échantillons et leur moulage par compression permet l’obtention de nanocomposites. Ces derniers possèdent, à l'état fondu, un comportement à seuil dès une faible fraction volumique de CNCs : ~0,2 et 0,55% vol dans les matrices PEG et PLA, respectivement. Ces résultats sont caractéristiques d'un réseau de percolation et suggèrent une très bonne dispersion des CNCs dans ces matrices thermoplastiques, en accord avec les observations effectuées en microscopie électronique en transmission. L’évolution du module élastique relatif et de la viscosité complexe relative suggèrent que l’état de dispersion des CNCs est meilleur dans le PEG que dans le PLA. Ces indicateurs rhéologiques sont comparés aux prédictions thermodynamiques, liées aux paramètres de solubilité d’Hansen, pouvant être tirés du graphique de Teas des CNCs. ---------- Abstract The rheological properties of cellulose nanocrystals (CNCs) suspensions in molten polyethylene glycol (PEG) and polylactic acid (PLA) were investigated. The CNCs were obtained from sulfuric acid hydrolysis of wood pulp and were supplied after a spray- or freeze-drying process. Ultrasonication was used to achieve the CNC dispersion in solution and the suspensions were subsequently mixed with PEG and PLA, with a corresponding good solvent. The samples were subsequently dried under vacuum and molded by compression. In the molten state, the PEG/CNC nanocomposites exhibited a yield behavior and a percolation network from a low volume fraction of ~ 0.2vol % and 0.55vol % in PEG and PLA, respectively. This suggests a very good dispersion of CNCs in these thermoplastic matrices, in agreement with transmission electron microscopy observations. A comparaison of the relative elastic modulus and viscosity suggest a better dispersion state of CNCs in PEG. These rheological indices were compared to the thermodynamic predictions based on the Hansen solubility parameters, that may be drawn from the Teas graph of CNCs.

Uncontrolled Keywords

rhéologie – nanocristaux de cellulose (CNCs) – nanocomposites – polyéthylène glycol – polylactide – réseau de percolation – graphique de Teas – paramètres de solubilité d’Hansen (HSP).

Open Access document in PolyPublie
Subjects: 1800 Génie chimique > 1800 Génie chimique
1800 Génie chimique > 1808 Rhéologie et transformation
Department: Département de génie chimique
Research Center: CREPEC - Centre de recherche sur les systèmes polymères et composites à haute performance
Funders: FPInnovations, Celluforce, CRSNG / NSERC, Pôle de Recherche Innovation Matériaux Avancés (PRIMA) du Québec, Groupe Français de Rhéologie (GFR)
Date Deposited: 23 Jan 2020 15:57
Last Modified: 17 Feb 2020 13:40
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/4180/
Document issued by the official publisher
Journal Title: Rhéologie (no. 34)
Publisher: Groupe Français de Rhéologie
Official URL: http://www.legfr.fr/larevue/index.php?Page=article...

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