RAPPORT BIBLIOGRAPHIQUE
Biopolymères issus de ressources renouvelables
- Biopolymères d’origine bactérienne
- Biopolymères synthétiques non issus de la pétrochimie
- Biopolymères issus de la biomasse
Ils proviennent d'une fermentation microbienne consistant en la production « in situ » de polymères qui s'accumulent dans le cytoplasme de certaines bactéries mises en conditions de fermentation, et les matières fermentescibles sont principalement des sucres et de l'amidon. Aussi appelés polymères synthétiques ou chimiosynthétiques, ils sont obtenus par fermentation, par polymérisation de monomères issus de produits agricoles.
Biopolymères issus de la pétrochimie
Malgré les nombreux avantages que présentent les biopolymères naturels (excellente biodégradabilité, absence de polluants toxiques, renouvelabilité, etc.) par rapport aux polymères synthétiques, ils ont une faible recyclabilité et restent très coûteux.
Domaines d’application
L'incorporation de charges renforçantes dans la matrice polymère permet de réduire les valeurs de perméabilité à la vapeur d'eau du film (Figure 1-8). L'extraction de l'amidon de manioc des tubercules a été réalisée selon le schéma de la figure 2-8. L'augmentation de la concentration en glycérol entraîne une augmentation de la teneur en eau des films (Figures 3-5).
La figure 3-7 montre les variations de la perméabilité à la vapeur d'eau des films en fonction de la concentration en glycérol. La perméabilité à la vapeur d'eau des films AM-q est supérieure à celle des films AMA-q, quelle que soit la concentration en plastifiant.
Composition et structure primaire de l’amidon
- L’amylose
- L’amylopectine
Morphologie et structure fine de l’amidon
- Morphologie des grains d’amidon
- Ultrastructure des grains d’amidon
- Structure cristalline des grains d’amidon
Comportement hydrothermique des grains d’amidon
- Gélatinisation
- Rétrogradation
Films à base de polysaccharides
Le principal mécanisme de formation du film à base de polysaccharide est la rupture des segments de polymère et la transformation des chaînes de polymère dans la matrice ou le gel filmogène par évaporation du solvant et liaison hydrogène (Rhim et Perry, 2007). ). Les protéines présentent des propriétés favorables dans la préparation d'emballages biologiques, telles que leur capacité à former des réseaux, leur plasticité et leur élasticité. Les anciens Égyptiens, Chinois, Grecs et Romains utilisaient la caséine dans la colle en raison de sa résistance à l'eau.
Films composites
Additifs
Mise en forme des films
- Procédés par voie sèche
- Procédés par voie humide
29 utilisation industrielle et réduire considérablement la solubilité des films obtenus en créant un réseau de films hautement réticulés (Rhim et Perry, 2007). La formation réelle d'un film cohésif dépend de la nature, du type et de l'étendue de l'interaction des polymères impliqués et des conditions de formation du film, telles que la température et la vitesse de séchage, la teneur en humidité, le type de solvant, la concentration de plastifiant et le pH. D'autres méthodes telles que le « trempage » et la « pulvérisation » permettent de produire des films à base de biopolymères par voie humide.
Isothermes de sorption
- Teneur en eau
- Isothermes de sorption
- Métrologie
De plus, la nature hydrophile de l’amidon rend les matériaux à base d’amidon fortement dépendants des conditions dans lesquelles ils sont stockés. Pour obtenir un point isotherme, un échantillon du produit, en l'occurrence le film, est placé dans une enceinte maintenue à température (T) et humidité relative (HR) constantes. Si l'on connaît la masse humide de l'échantillon, il suffit alors de déterminer sa masse sèche pour en déduire la teneur en eau X.
Perméabilité des films
- Coefficient de diffusion
- Coefficient de solubilité
- Coefficient de perméabilité
- Influence de la température
Lorsque D et S sont indépendants de la concentration du matériau perméant, le flux du matériau est lié à la perméabilité par la relation. 37 Pour les gaz et les vapeurs, y compris l'eau, ∆HS est négatif, ce qui indique que la solubilité (également appelée sorption) diminue avec l'augmentation de la température, tandis que Ea,D est positif, donc la diffusion augmente avec la température (Rogers, 1985). Des exemples de ces améliorations comprennent une diminution de la perméabilité à la vapeur d'eau, une stabilité thermique accrue, une hydrophilie réduite et des propriétés mécaniques accrues.
Les charges de renfort
- Les zéolithes
- Les argiles
Le remplacement partiel du silicium (tétravalent) par de l'aluminium (trivalent) crée une charge négative au sein de la charpente minérale, impliquant la présence de cations dans les cavités. Dans le cas de la wijllite, les substitutions sont principalement tétraédriques (contrairement à la montmorillonite, un phyllosilicate 2:1 qui est substitué principalement dans la couche octaédrique). A partir de l'état sec, on a d'abord une augmentation discrète de la distance interfeuillet, correspondant à une couche d'eau entre les couches (état monocouche ou monohydraté), puis une deuxième (état bicouche ou bihydrate) et une troisième (état tricouche). .
Performances barrières à l’eau des films à base d’amidon
Un plastifiant est une petite molécule peu volatile dont l’ajout à la matrice polymère entraîne une diminution des forces intermoléculaires et une augmentation de l’espace libre et de la mobilité de la chaîne. Les plastifiants modifient les propriétés fonctionnelles des films, diminuant généralement la résistance, la rigidité et les propriétés barrières et augmentant la flexibilité et l'allongement maximum. L'objectif de la plastification est d'abaisser la température de transition vitreuse ou de réduire la cristallinité du film, mais cela présente pour principal inconvénient d'augmenter la diffusivité des petites molécules et donc le transfert d'eau, augmentant ainsi la perméabilité du film (tableau 1- 6).
Performances mécaniques des films à base d’amidon
- Influence de l’origine botanique
51 Il est généralement préférable d'avoir des emballages déformables plutôt que rigides et donc fragiles.
Influence du vieillissement
- Influence du temps de séchage
- Influence d’une charge de renfort
Cet effet a été mis en évidence sur des films thermoplastiques à base de fécule de pomme de terre (Soest et al., 1996). Les films à base d'amidon ont de mauvaises propriétés thermomécaniques et une faible résistance à l'eau par rapport aux polymères synthétiques. Mais la bonne répartition des nanoparticules dans la matrice limite également le mouvement de glissement entre les molécules d'amidon, ce qui contribue à réduire significativement l'allongement à la rupture des films à base d'amidon (Li et al., 2011).
TECHNIQUES DE CARACTERISATION ET PROTOCOLES
- Essais mécaniques aux grandes déformations
- Géométrie des éprouvettes
- Chargement et rupture de l’éprouvette
- Diffraction de rayons X (DRX)
- Microscopie électronique à balayage (MEB)
- Microscopie électronique en transmission (MET)
- Diffusion dynamique de la lumière (DLS)
- Analyse élémentaire par fluorescence des rayons X
- Epaisseur des films
- Taux d’humidité des films (X)
- Solubilité des films dans l’eau
- Perméabilité des films à la vapeur d’eau
- Extraction de l’amidon
- Synthèse hydrothermale et lyophilisation des nanocristaux de zéolithe Beta
- Synthèse hydrothermale et séchage de la beidellite-Na
- Elaboration des films : principe général
- Films plastifiés
- Films renforcés
L'augmentation progressive de la section des têtes d'échantillon permet de réduire les niveaux de contrainte introduits par les mâchoires et favorise la rupture dans la zone utile de l'échantillon. L'enregistrement continu de la charge (N) et de l'extension (mm) est effectué à l'aide d'un ordinateur d'acquisition de données. Le taux de dissolution (TS) du film dans l'eau a été déterminé à partir du rapport.
RESULTATS ET DISCUSSIONS
Composition
La teneur en ces éléments est dérivée de celle des minéraux trouvés sous forme de traces, ce qui est cohérent avec la littérature (Alves et al., 2007 ; Hoover, 2001). Niveaux d'amylose de l'amidon de manioc amer et de l'amidon de manioc de brousse, déterminés selon la méthode de Williams et al.
Morphologie
Type cristallin
Les diffractogrammes aux rayons X de l'amidon de manioc amer et de manioc de brousse sont de type C. Des films à base d'amidon de manioc amer et de manioc de brousse, contenant quatre concentrations de glycérol, ont été développés et caractérisés à partir d'une structure, d'une teneur en eau, d'une perméabilité à la vapeur d'eau et d'un point de détection mécanique. voir.
Apparence visuelle et épaisseur des films
Cette tendance des films à devenir collants à des concentrations élevées de glycérol peut résulter d'une séparation de phases et d'une diffusion du glycérol à la surface des films, comme suggéré dans la littérature (Lourdin et al., 1997). Les films obtenus à partir de toutes les formulations sont faciles à manipuler, homogènes et transparents (figure 3-3). L'épaisseur des films AMA est inférieure à celle des films AM, quelle que soit la concentration en glycérol.
Diffraction de rayons X
La valeur moyenne de l’épaisseur de chaque film a été utilisée pour calculer ses propriétés de traction et sa perméabilité à la vapeur d’eau.
Propriétés barrières à l’eau des films
- Influence de la concentration sur la teneur en eau des films
- Influence de la concentration sur la solubilité dans l’eau des films
Cependant, l'augmentation de la teneur en eau des films AMA-q avec l'augmentation de la concentration en glycérol est modérée pour les concentrations supérieures à 35. L'augmentation de la concentration en glycérol dans les films induit une diminution plus marquée de la cristallinité de l'AM-q. films. 86 L'augmentation de la concentration en glycérol dans nos films induit une augmentation de leur épaisseur et de leur perméabilité à la vapeur d'eau.
Caractérisation des nanocristaux de zéolithe Bêta
Le module d'Young des films AMA-q est inférieur à celui des films AM-q, quelle que soit la concentration en glycérol, mais ces derniers films présentent des valeurs de déformation à la rupture remarquablement bonnes par rapport à celle des films AM-q. La différence des valeurs des propriétés mécaniques des films AM-q et AMA-q pourrait s'expliquer par la différence de teneur en amylose des amidons qui composent ces films. 2007) ont montré qu'à concentration constante de glycérol, à mesure que le degré d'amylose dans l'amidon augmente, la contrainte de rupture et le module d'Young des films correspondants augmentent, tandis que leur contrainte de rupture diminue. Les films AMA-q produits à partir d'amidon à faible teneur en amylose ont de faibles propriétés mécaniques par rapport aux films AM-q produits à partir d'amidon à faible teneur en amylose à la même concentration de glycérol. .
Caractérisation de la beidellite-Na
Pour contourner ces inconvénients, nous avons choisi d'incorporer des particules de zéolite Beta et de Beidellite-Na dans la matrice d'amidon et d'étudier l'effet de leur incorporation sur la barrière à l'eau et les propriétés mécaniques des films. Tous les films développés dans cette section étaient à base d'amidon de manioc amer (M. esculenta) et plastifiés avec le même taux de glycérol (30. Films plastifiés et renforcés de nanocristaux de zéolithe Beta lyophilisés et non calcinés (AMBL-p).
Caractéristiques des gels
Morphologie des films
- Aspect visuel et épaisseur des films
- Analyse par MEB de la surface des films
- Analyse par MET des films
Cette figure permet de comparer les surfaces microscopiques à un grossissement de 500x des films AMB-2 et AMB-4 (figure 3-16a et b). La bonne répartition des particules minérales dans la matrice polymère d'amidon est confirmée par les images au microscope électronique à transmission des films AMBNL-2 et AMB-4 (figure 3-17a et b). Vu la granulométrie, on peut dire qu'avec la zéolithe Bêta, on a obtenu des films nanocomposites, alors qu'avec la beidellite-Na, on a obtenu des films composites classiques ou intercalés, les diffractogrammes X de ces films nous fixeront sur le type de films composites réellement obtenu.
Diffractogrammes de rayons X des films renforcés
- Diffractogrammes de rayons X des films AMB-p (p = 1, 2 et 4)
- Diffractogrammes de rayons X des films AMBL-p et AMBNL-p
Compte tenu de la taille des particules incorporées dans la matrice d'amidon, des films nanocomposites ont été obtenus. Comme nous l'avons expliqué plus haut pour la cristallisation des films composites AMB-p, les nanocristaux de zéolithe Beta, de par leur petite taille, ont pu s'insérer facilement entre les chaînes macromoléculaires de l'amidon et former des liaisons hydrogène avec l'amidon de manioc, ce qui limitait la mobilité du polymère. chaînes et a conduit à un retard significatif de la recristallisation de l’amidon de manioc (Wu et al., 2009). L'un des principaux pics de diffraction des nanocristaux de zéolite Beta (2θ) peut être observé à partir d'une concentration de charge de 1 % dans les DRX de films nanocomposites AMBL-p (figure 3-19b), alors que ce pic est à peine visible pour la même chose. concentration de charge dans les XRD des films nanocomposites AMBNL-p (figure 3-20b).
Propriétés barrières à la vapeur d’eau des films renforcés
- Teneur en eau des films renforcés
- Solubilité dans l’eau des films renforcés
- Perméabilité à la vapeur d’eau des films renforcés
Le tableau 3-9 répertorie les résultats de perméabilité à la vapeur d'eau des films composites et nanocomposites en fonction de la concentration en charge. Les valeurs de perméabilité à la vapeur d'eau du film témoin, des films composites et nanocomposites vont de 2,3x10-10 à 3,5x10-10 g/m.s.Pa. Malgré la nature partiellement hydrophile des nanocristaux de zéolite bêta, les valeurs de perméabilité à la vapeur d'eau des films.
Propriétés mécaniques des films renforcés
Effect of nanoclay incorporation method on the mechanical and water vapor barrier properties of starch-based films. A comparative study of some properties of cassava (Manihot esculenta, Crantz) and cocoyam starch (Colocasia esculenta, Linn). Combined effect of plasticizers and surfactants on the physical properties of starch-based edible films.
