Development of Polylactide-Clay Nanocomposites for Food Packaging Applications

L'acide polylactique, abrégé PLA, est un polymère biodégradable, provenant de sources renouvelables, avec une structure semi-cristalline ou amorphe. Bien que ces caractéristiques fassent du PLA un candidat approprié à l'emballage alimentaire, il y a cependant quelques problématiques importantes qui devraient être surmontées comme la faible stabilité thermique, la résistance mécanique faible et des propriétés barrière au gaz limitées. En s'appuyant sur les résultats énoncés dans la littérature, l'ajout de charges (argiles) de taille nanométrique peut améliorer les propriétés mécaniques et barrières de manière significative à condition qu'elles soient bien dispersées dans la matrice et forment une structure exfoliée. D'autre part, ce travail montre que l'incorporation d'argile organique modifiée dans le PLA augmente la vitesse de dégradation et alors, diminue manifestement la stabilité thermique des nanocomposites obtenus. Donc, le contrôle de la dégradation thermique du PLA est un autre défi dans le développement des nanocomposites PLA/argile. Dans la première partie du projet de maîtrise, des nanocomposites PLA/argile contenant différents allongeurs de chaîne ont été préparés. Le polycarbodiimide (PCDI), le tris (nonylphenyl) phosphite (TNPP) et le Joncryl ® ADR 4368 ont été utilisés comme allongeurs de chaîne dans ce travail. L'effet de l'incorporation des allongeurs de chaîne sur le contrôle de la dégradation thermique, sur les propriétés rhéologiques et thermo-physiques et sur la structure moléculaire a été examiné. Les résultats ont révélé que l'incorporation de PCDI (2 % en poids), TNPP (1 % en poids), ou Joncryl (1 % en poids) avait un profond effet sur la dégradation. De telles concentrations ont non seulement stabilisé la viscosité et le module avec le temps, mais ont aussi augmenté leurs valeurs. Le mécanisme de stabilisation est fort probablement l'extension des chaînes. L'extension des chaînes a conduit à la formation de chaînes linéaires plus longues dans les nanocomposites à base de PCDI et de TNPP, et à une structure de longues chaînes ramifiées (LCB) dans les nanocomposites à base de Joncryl. L'analyse thermogravimétrique (TGA) a révélé que l'ajout d'argile dans le PLA a diminué sa stabilité thermique, tandis qu'une augmentation de la température de début de dégradation a été observée après l'incorporation des allongeurs de chaîne. Le Joncryl est finalement l'allongeur de chaîne le plus efficace dans les conditions de mise en forme parmi ceux utilisés dans cette étude. vi Dans la deuxième partie du projet, des nanocomposites à base de Joncryl ont été préparés en utilisant différentes stratégies. L'effet de l'allongeur de chaîne et des conditions de mise en forme sur le degré de dispersion de l'argile, sur les propriétés barrières et mécaniques des nanocomposites obtenus ont été examinés. Les nanocomposites à base de Joncryl ont été préparés selon cinq stratégies différentes et comparées à un nanocomposite de référence. L'incorporation de 2 % en poids de Cloisite®30B (nano argile) et de 1 % en poids de Joncryl dans la matrice de PLA a conduit à une réduction significative de la perméabilité à l'oxygène et à l'amélioration des propriétés mécaniques comme le module en traction, l'allongement à la rupture et la ténacité des nanocomposites de PLA préparés selon la deuxième stratégie basée sur un mélange-maître de PLA/argile.