Plasticized starch and cellulose whiskers composites

Composites d’amidon plastifié et whiskers de cellulose

Centre de Recherches sur les Macromolécules Végétales (CERMAV-CNRS), Université Joseph Fourier, BP 53, F-38041 Grenoble cedex 9, France

Abstract

Nanocomposites materials were prepared using a starch/glycerol based matrix and a colloidal suspension of cellulose whiskers as a natural and biodegradable reinforcing phase. The cellulose whiskers used in this study, prepared from tunicin, an animal cellulose, consist of slender parallelepiped rods with lengths ranging from 100 nm to several pm and widths on the order of 10-20 nm. The raw materials were mixed in an autoclave reactor and afterwards they were cast and evaporated under vacuum. The resulting films were characterized using differential scanning calorimetry, water absorption experiments and mechanical analysis in the linear range. High performance composites were obtained from these systems, preserving the natural and biodegradable character of starch. A high reinforcing effect and a thermal stabilization due to the whiskers addition were observed. Favorable interactions between the matrix and the reinforcing phase are also reported. In addition, the composites show a decrease in water sensibility as the cellulose whiskers content increases.

Résumé

Des matériaux nanocomposites ont été élaborés à partir d’une matrice à base d’amidon/glycérol et d’une suspension colloïdale de whiskers de cellulose comme phase renforçante naturelle et biodégradable. Les whiskers de cellulose ont été obtenus à partir de la tunique d’animaux marins appartenant à la famille des tuniciers. Ils se présentent sous forme de bâtonnets monocristallins dont la longueur varie de 100 nm à quelques micromètres et la largeur de 10 à 20 nm. Les matières premières ont été mélangées dans un autoclave puis moulées et évaporées sous vide. Les films résultants ont été caractérisés par calorimétrie différentielle à balayage, mesure de la sensibilité à l’eau et analyse mécanique dans le domaine linéaire. Ces systèmes ont permis d’obtenir des matériaux hautes performances, tout en préservant le caractère naturel et biodégradable de l’amidon. La présence des whiskers de cellulose se traduit par un effet de renfort important et par une stabilisation thermique de l’amidon. De bonnes interactions entre la matrice et la phase renforçante sont également observées. De plus, les composites montrent une diminution de la sensibilité a l’eau lorsque le taux de whiskers augmente.