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          Last update : February 12, 2013
Functionalization and surface modification of nanofibrillated cellulose

Fonctionnalisation et modification de surface de nanofibrilles de cellulose


Karim Missoum

Grenoble INP-Pagora


PhD thesis defended on November 22, 2012
Thèse soutenue le 22 Novembre 2012

LGP2

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Abstract

   


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Since last decades, nanocelluloses know a strong interest and they are the subject of many studies led by industrials and/or academic consortia. This study is a part of the European project SUNPAP for the industrialization of nanofibrillated cellulose (NFC). This thesis is the state of new methods for the chemical surface modification of NFC with a view of green chemistry.

Several strategies have been developed such as the use of ionic liquids as reaction solvents (described as green solvents) or the use of an aqueous nanoemulsion in order to graft the surface of NFCs. Thus, the treated substrates were then used in various applications. Also, bionanocomposites were produced, the impact of the introduction of NFC (modified or not) in paper sheets has also been studied. A study on the antibacterial properties and biodegradability of modified NFC is also proposed. Several characterizations of neat and modified NFC were performed. Powerful and innovative techniques have been used to characterize these substrates such as XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) or SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry).

All these chemical modifications, applications and characterizations are offered promising prospects in the world of nanocelluloses.

Résumé

Ces dernières décennies, les nanocelluloses suscitent un intérêt grandissant et font l'objet de nombreuses études menées par les industriels et/ou des consortiums académiques. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet européen SUNPAP visant à industrialiser des nanofibrilles de cellulose (NFC). Elle fait état de nouveaux procédés de modification chimique de surface des NFC dans une optique de développement de la chimie verte.

Plusieurs stratégies ont été développées : utilisation de liquides ioniques comme solvants de réaction (solvants verts) ou encore recours à une nanoémulsion en phase aqueuse permettant le greffage de surface des NFC.Les substrats ainsi traités ont été utilisés dans diverses applications afin d'étudier l'impact de ces modifications chimiques. Des bionanocomposites ont ainsi été produits et l'impact de l'introduction de NFC (modifiées ou non) dans du papier a également été étudié. Les propriétés antibactériennes et la biodégradabilité des NFC modifiées ont été examinées. Des NFC vierges et modifiées ont fait l'objet d'une caractérisation approfondie grâce à des techniques puissantes et innovantes : X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) et Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS).

Les modifications, applications et caractérisations étudiées durant cette thèse constituent une avancée scientifique significative et confirment les perspectives prometteuses des nanocelluloses.

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