Effet du type d'argile sur les propriétés de la Polycaprolactone et durabilité du bionanocomposite PCL-Sépiolite

Abstract

Les travaux de cette thèse ont pour principal objectif d'étudier la durabilité de matériaux bionanocomposites à base de polycaprolactone (PCL)/Sépiolite (SP9) sous irradiation gamma et en vieillissement hygrothermique. Dans une première étape, nous nous sommes intéressés à l'étude des relations structure-propriétés de différents bionanocomposites; PCL/Sépiolite (SP9), PCL/Cloisite 30B (C30B) et PCL/Halloysite (HNT) préparés par voie fondue au taux de charge de 5% en masse. Les résultats obtenus ont montré une bonne dispersion des trois argiles dans la matrice PCL avec une amélioration des propriétés rhéologiques et mécaniques des bionanocomposites par rapport à la matrice PCL. De plus, les mesures du taux d'absorption d'eau ont révélé que l'ajout de l'HNT au sein de la PCL réduit l'absorption d'eau par rapport à la SP9 et la C30B. Dans la seconde partie, l'effet de l'irradiation gamma sur la structure, la masse molaire et la morphologie du bionanocomposite PCL/SP9 (5% en masse) a été étudié dans l'intervalle 0-100 kGy. L'étude a révélé que la dégradation sous irradiation gamma jusqu'à 100 kGy en présence de l'air et à température ambiante, du bionanocomposite PCL/SP9 se déroule selon le mécanisme de scission de chaînes aléatoire similaire à la matrice PCL. De plus, Les analyses DSC, ATG et MEB, ont montré que le bionanocomposite, est plus résistant aux radiations gamma en comparaison à la matrice PCL. Ceci pourrait être lié à la bonne dispersion de ces dernières dans la PCL, ce qui permet d'inhiber l'effet des rayonnements au sein de la matrice. Enfin dans la dernière partie des travaux de thèse, le vieillissement hygrothermique du bionanocomposite PCL/SP9 (5% en masse), a été étudié à la température de 45°C et 90% HR. Les résultats ont montré que la dégradation du bionanocomposite est comparable à celle de la PCL seule et se déroule principalement par scission de chaînes. Toutefois, la vitesse de dégradation est beaucoup plus rapide en présence de la SP9 due probablement à sa nature hydrophile, indiquant l'effet catalytique de la sépiolite dans le processus de dégradation de la PCL. Abstract The main objective of this thesis is to study the durability of polycaprolactone (PCL)/Sepiolite (SP9) based bionanocomposite materials under gamma irradiation and hygrothermal ageing. In a first part, we were interested in studying the structure-properties relationships of different bionanocomposites; PCL/Sepiolite (SP9), PCL/Cloisite 30B (C30B) and PCL/Halloysite (HNT) prepared by melting at a loading rate of 5% by mass. The results obtained showed a good dispersion of the three clays in the PCL matrix with an improvement of the rheological and mechanical properties of the bionanocomposites compared to the PCL matrix. In addition, measurements of water absorption rates revealed that the addition of HNT within the PCL reduced water absorption compared to SP9 and C30B. In the second part, the effect of gamma irradiation on the structure, molar mass and morphology of PCL/SP9 bionanocomposite (5% by mass) was studied in the range 0-100 kGy. The study revealed that the degradation under gamma irradiation up to 100 kGy in the presence of air and at room temperature, of PCL/SP9 bionanocomposite takes place according to the random chain scission mechanism similar to the PCL matrix. Furthermore, DSC, ATG and SEM analyses showed that the bionanocomposite is more resistant to gamma radiation compared to the PCL matrix. This could be related to the good dispersion of the latter in the PCL, which allows to inhibit the effect of radiation within the matrix. Finally in the last part of the work, the hygrothermal ageing of the PCL/SP9 bionanocomposite (5% by mass), was studied at a temperature of 45°C and 90% RH. The results showed that the degradation of the bionanocomposite is comparable to that of PCL alone and takes place mainly by chain scission. However, the degradation rate is much faster in the presence of SP9 probably due to its hydrophilic nature, indicating the catalytic effect of sepiolite in the degradation process of PCL.