Development of nanostructured composites based on biopolyesters and chitosan nanoparticles generated by supercritical CO2 assisted processes

Dans une logique d’éco-conception et de développement durable, de nombreux travaux ont pour objectif l’étude de polymères biosourcés. Parmi les recherches menées à ce jour, une piste d’étude consiste à les structurer aux échelles micro et nanoscopiques tout en valorisant certaines de leurs propriétés spécifiques, l’objectif étant la création de matériaux à propriétés fonctionnelles originales et performantes. Dans ce contexte, une attention particulière a été portée sur l’utilisation du dioxyde de carbone supercritique (CO2-sc). En effet, sa capacité à se solubiliser en grande quantité dans de nombreux polymères et donc d’en modifier les propriétés (viscosité, tension interfaciale, …) peut permettre une amélioration des matériaux composites fabriqués. Ce projet s’intéresse plus particulièrement à l’élaboration d’assemblages de biopolymères nanostructurés et revêt deux enjeux principaux : (1) la synthèse de nanoparticules de biopolymères (dans notre cas, du chitosane), (2) l’élaboration d’assemblages de biopolymères nanostructurés. La première étape a consisté à concevoir et développer de nouveaux procédés de génération de nanoparticules de chitosane par des procédés utilisant le CO2-sc soit comme antisolvant soit comme agent de dissolution et d'atomisation. Pour la deuxième étape, des films composites à base de poly (acide lactique) PLA et de poly (hydroxybutyrate-co-valérate) PHBV ont été préparés par la voie hot-melt par extrusion bi-vis. Des analyses thermiques, moléculaires et structurales, morphologiques et de granulométrie ont permis de caractériser les films biocomposites ainsi produits.In a logic of eco-design and sustainable development, many works aim to study the bio-sourced polymers. Among these studies, a promising concept consists in structuring materials at micro and nanoscales while enhancing some of their properties, the objective being the creation of original materials with improved functional properties and performance. In this context, particular attention has been paid to the use of supercritical carbon dioxide (sc-CO2). Its ability to dissolve into many polymers in large quantities and thus to change their properties (viscosity, interfacial tension, ...), can improve both the composite material and its manufacturing process. This project focuses on the development of nanostructured biopolymers and addresses two main issues: (1) the synthesis of biopolymer nanoparticles (in this case, chitosan), and (2) the development of nanostructured biopolymers. The first step consisted in designing and developing new processing methods to generate biopolymer nanoparticles, using sc-CO2 as antisolvent agent or as dissolving and atomizing agent. For the second step, poly (lactic acid) PLA and poly (hydroxybutyric-co-hydroxyvaleric acid) PHBV based composite films were prepared by a hot-melt process by twin-screw extrusion of the nanoparticles and the matrix. Thermal, molecular and structural analysis, as well as morphological and particle size distribution studies allowed a good characterization of the biocomposite films