Alain DUFRESNE

L’utilisation de nanocellulose comme agent de renfort améliore significativement les propriétés mécaniques des matériaux nanocomposites à matrice polymère. Savez-vous que la principale difficulté des procédés de mise en œuvre reste l’obtention d’une dispersion homogène ?

Découvrez comment un simple cisaillement mécanique de la cellulose permet de libérer des nanoparticules. Ces structures nanocellulosiques sont en cours de développement sur une large gamme d'applications, même si un nombre élevé d'inconnues et de champs inexplorés demeurent à ce jour.

Découvrez pourquoi l’intérêt pour la nanocellulose croît de façon exponentielle. D’abord retenue pour ses propriétés de renfort, elle intéresse maintenant la filière de l’emballage pour ses propriétés mécaniques, optiques et barrières très prometteuses.

Parmi les applications potentielles des nanomatériaux cellulosiques, la préparation de nanocomposites polymères est certainement celle qui présente le plus fort intérêt. Ceci est lié à la fonction structurale de la cellulose. Avec un module de Young de l'ordre de 100-130 GPa et une surface spécifique de plusieurs centaines de m2.g-1, les nanomatériaux cellulosiques ont le potentiel d'améliorer de manière significative les propriétés mécaniques des polymères, ainsi que d'autres propriétés d'intérêt pour certaines applications. Cependant, comme pour tout nanomatériau, la dispersion homogène de ces nanoparticules est délicate et présente un défi majeur. Cet article décrit les stratégies de mise en oeuvre rapportées dans la littérature, ainsi que les propriétés des matériaux obtenus.

La cellulose est l'élément de structure des végétaux et se présente sous la forme de microfibrilles cristallines ayant des propriétés physiques axiales proches de celles du cristal parfait. Cette caractéristique morphologie permet l'extraction de nanoparticules. Un cisaillement mécanique permet la libération de microfibrilles plus ou moins individualisées. Le clivage longitudinal de ces microfibrilles peut être obtenu par un traitement d'hydrolyse acide, qui permet la dissolution des domaines amorphes. Cet article décrit les procédés d'obtention de ces nanomatériaux, leur morphologie et les marchés potentiels. Avec un module de Young de l'ordre de 100-130 GPa et une surface spécifique de plusieurs centaines de m2.g-1, de nouvelles propriétés prometteuses peuvent être envisagées pour la cellulose sous forme nanométrique.

La cellulose se présente sous la forme de microfibrilles cristallines possédant des propriétés physiques axiales proches de celles du cristal parfait. Des suspensions aqueuses de nanocristaux peuvent être préparées par hydrolyse acide du substrat. Les nanocristaux résultants sont composés de particules en bâtonnets, ou whiskers, dont les dimensions dépendent de la nature du substrat. Ils peuvent être utilisés pour préparer des nanocomposites à matrice polymère. La formation d'un réseau rigide, résultant d'interactions fortes entre whiskers, est gouvernée par un mécanisme de percolation. Ce réseau obtenu par liaisons hydrogène conduit à un effet de renfort exceptionnel et à la stabilisation thermique du composite. Hormis des applications pratiques, l'étude de ces matériaux nanocomposites peut aider à la compréhension de certaines propriétés physiques comme les phénomènes de percolation géométrique et mécanique.