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

Resume Les proprietes rheologiques de suspensions de nanocristaux de cellulose (CNCs), dans le polyethylene glycol (PEG) et le polylactide (PLA), ont ete etudiees a l’etat fondu. Les CNCs, obtenus par une hydrolyse a l'acide sulfurique de pulpe de bois, sont seches par pulverisation ou lyophilisation. L’ultrasonication a ete utilisee pour disperser les CNCs en solvants favorables aux polymeres respectifs. Ces suspensions sont ensuite melangees a des solutions de PEG ou PLA. Le sechage sous vide des echantillons et leur moulage par compression permet l’obtention de nanocomposites. Ces derniers possedent, a l'etat fondu, un comportement a seuil des une faible fraction volumique de CNCs : ~0,2 et 0,55% vol dans les matrices PEG et PLA, respectivement. Ces resultats sont caracteristiques d'un reseau de percolation et suggerent une tres bonne dispersion des CNCs dans ces matrices thermoplastiques, en accord avec les observations effectuees en microscopie electronique en transmission. L’evolution du module elastique relatif et de la viscosite complexe relative suggerent que l’etat de dispersion des CNCs est meilleur dans le PEG que dans le PLA. Ces indicateurs rheologiques sont compares aux predictions thermodynamiques, liees aux parametres de solubilite d’Hansen, pouvant etre tires 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.