Etude de l’amélioration de la tenue au choc de matrices à base de PLA

Cette étude a pour but de contrôler la résilience du PLA. Notre objectif est de parvenir à identifier des matériaux présentant un bon compromis entre résilience et module d’Young. Il faut cependant noter que l’addition de modifiants au choc non biodégradables à un polymère biodégradable est susceptible d’affecter la dégradation globale du mélange final. Quoi qu’il en soit, les normes fixant les conditions de compostabilité d’emballages, autorisent l’incorporation de faibles quantités d’additifs non-biodégradables (EN-13432, 2000). Dans le cas de films à base de PLA, des quantités de l’ordre de 1 à 5 % en masse de modifiants au choc tels que des copolymères à base d’éthylène permettent d’obtenir des améliorations significatives d’élongation à la rupture (Byrne, 2009; Murariu, 2007; Murariu, 2008). Dans ce chapitre, deux types de PLA très semblables ont été utilisés, le PLA-U et le PLA-NW. Ces matériaux, bien qu’ayant des caractéristiques chimiques différentes (longueurs de chaînes, taux d’unité lactique L et D) présentent des tendances identiques en mélange, concernant leurs propriétés mécaniques, comme montré dans le chapitre 2. Les axes d’étude retenus pour l’obtention de matrices ductiles, sont les mélanges avec des modifiants au choc non biodégradables, d’une part, et d’autre part avec des bio-polyesters aliphatiques de faible module d’Young tels que la PεCL et le PBS. Par ailleurs, dans le cas des matrices PLA/PεCL, des mélanges réactifs sont également étudiés à l’aide d’agents de polycondensation et des monomères photo-réticulants sous rayons gamma. En résumé, les effets de plusieurs paramètres sont successivement étudiés : sont utilisées afin, d’une part, d’évaluer les propriétés mécaniques des mélanges (tests de traction et de choc), et d’autre part, d’étudier la morphologie et les interactions en phase amorphe et cristalline (rhéologie à l’état fondu, DSC, microscopie électronique à balayage, analyse dynamique mécanique et thermique (DMTA)).

Les 5 modifiants au choc utilisés, présentés dans le chapitre 2, correspondent au B100, le B120, le BSTR130, le BSTR150, et le LTD. Bien que les taux d’incorporation recommandés par les normes de compostabilité actuelles (EN13432, 2000), sont de l’ordre de 5 % en masse, de forts taux d’incorporation (jusqu’à 20 % en masse) sont également testés afin de mieux visualiser la limite haute de cette approche. Le suivi des propriétés mécaniques, donné en Figure III.1, montre que les pertes de module d’Young et de contrainte au seuil, en fonction du taux d’incorporation de B100 et B120, sont assez faibles, de l’ordre de 5%, pour des taux d’incorporation de l’ordre de 15 % en masse de B100 et de B120. L’élongation à la rupture, décrite en Figure III.2, est légèrement augmentée de 7 à 12% en fonction du taux de B100 et de 7 à 15% en fonction du taux de B120. Cette variation reste faible devant les résultats de la littérature. On peut faire l’hypothèse que les faibles temps de séjour en extrusion appliqués à nos matériaux afin d’en réduire la dégradation, puissent conduire à des degrés de mélange plus faibles que ceux de la littérature, dont les conditions de préparation de mélange ne sont pas explicitées.

Ces variations sont très similaires lorsqu’on compare les mélanges à base de BSTR130 et ceux à base de BSTR150 mais légèrement plus prononcées dans le cas du BSTR150. Toutefois, pour un taux d’incorporation de 5 % en masse de modifiant au choc, la perte de module d’Young reste faible, de l’ordre de 2% contre une perte de 6% dans le cas du BSTR150. Cette observation peut être reliée à la plus grande proportion de groupements butadiène (flexibles) dans le BSTR150.  Dans la Figure III.4, le suivi de l’élongation à la rupture des mélanges PLA- NW/BSTR150, montre que les écarts types sont relativement élevés, quoi que plus faibles que ceux à base de BSTR130. L’origine de la faible reproductibilité des mesures peut être reliée, soit à un mauvais degré de mélange, soit à une mauvaise adhésion interfaciale entre les composants (Wu, 1985). Quoi qu’il en soit, à compositions égales, les valeurs d’élongation à la rupture avec le BSTR150 sont significativement supérieures à celles observées avec le BSTR130, à l’exception des mélanges 95/5. En outre, pour des barres haltères, les élongations observées sont très inférieures à celles observées dans la littérature des films à base de PLA qui sont de l’ordre de 40 à 100 % (Arkema, 2008).