Nouvelles méthodes de production de nanocomposites à base de cellulose

Le projet de recherche a élaboré une base scientifique visant à développer des techniques modulables pour la production de nanocomposites à partir de CNC et de matières plastiques d'intérêt technologique. Tout d’abord, les chercheurs ont étudié différents procédés qui permettent d’élaborer des mélanges homogènes des deux composants avec des propriétés mécaniques optimales. Ensuite, ils ont analysé les moyens d’éviter la détérioration de la nanocellulose inhérente aux températures et forces de cisaillement élevées des procédés conventionnels de thermoformage. Puis, l’étape suivante a consisté à recouvrir la nanocellulose d’un compatibilisant universel facilitant le mélange des diverses matières synthétiques.

Une large palette de nanocomposites à base de matières synthétiques et CNC avait déjà été produite par le passé, mais les procédés de fabrication de ces matériaux mis au point en laboratoire se révélaient jusqu'ici difficilement applicables à l’échelle commerciale. C’est pourquoi ils ne présentaient qu'un faible intérêt technologique et n’étaient pas utilisés dans d’importantes applications industrielles.

Dans le cadre de ce projet, l’objectif était de mettre au point des techniques modulables et robustes pour la production de nanocomposites à base de matières synthétiques techniquement adaptées et de nanocristaux de cellulose (cellulose nanocrystals, CNC) issus du bois. Cela devrait permettre à l’économie suisse du bois d’avancer sur la voie de la production industrielle de matériaux à base de nanocristaux de cellulose.

Les résultats du projet ont conduit à une meilleure compréhension des liens entre le processus de mise en forme, la structure et les propriétés des nanocomposites de cellulose. Cela devrait permettre de développer des procédés de fabrication et des concepts de matériaux nouveaux. À toutes les étapes du processus, les progrès réalisés étaient de taille, au point que la production industrielle de matériaux composites à l’aide de nanocellulose (notamment issue du bois) semble nettement plus à portée de main.

Les résultats ont révélé un lien entre les forces de cisaillement, la dégradation des CNC et les propriétés mécaniques des matériaux. En effet, dans les mélanges à faible cisaillement, les matériaux présentaient des propriétés mécaniques optimales, car les CNC bien dispersés n’étaient pas dégradés et conservaient leur morphologie initiale. Les conclusions de cette étude ont pu être appliquées avec succès pour fabriquer des nanocomposites à partir de CNC, de polyéthylène (LDPE), de polyamide et de divers polyuréthanes. On a ainsi démontré qu’il était possible d’aboutir à un renforcement mécanique substantiel grâce à l’utilisation modulable de mélanges à faible cisaillement.

Processing of polymer/cellulose nanofiber composites