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(Mai 2011)
 
Grenoble INP-Pagora, Ecole internationale 
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IV - Science et Techniques Graphiques

IV - 4 - Fonctionnalisation de matériaux cellulosiques par adsorption de nanoparticules actives

La conception de papiers actifs peut être envisagée comme une opportunité de valoriser les matériaux à base de fibres de cellulose.

La modification des fibres de cellulose par un agent actif en amont de la formation du papier permet d’aboutir à une fonctionnalisation en profondeur et isotrope du matériau. Pour éviter de dégrader les fibres de cellulose, les traitements physico-chimiques basés sur l’adsorption par interactions électrostatiques de nanoparticules cationiques actives semblent les plus adaptées à cette modification grâce aux charges négatives de surface présentes naturellement sur les fibres en milieu aqueux. Afin d’obtenir une grande diversité de propriétés finales, les polymères organiques semi-conducteurs sont apparus comme les composés les plus appropriés à cause de leur grande compatibilité, de leur faible coût et surtout de leur capacité à se solubiliser dans la majorité des solvants organiques (chloroforme) pour donner, par une étape de miniémulsification, des suspensions aqueuses stables de nanoparticules chargées.

Ainsi, des polymères organiques photoluminescents (PFFO) et conducteurs (P3OT) ont pu être miniémulsifiés à l’aide d’un surfactant cationique, le bromure de tétradécyltriméthylammonium (TTAB). Les études du rôle du TTAB et de son partage entre l’eau, le chloroforme et l’interface eau/chloroforme ont démontré la présence d’une quantité non négligeable de TTAB dans les nanoparticules. L’oxydation au TEMPO des fibres de cellulose a permis d’améliorer la capacité d’adsorption de nanoparticules de PFFO grâce à l’augmentation des charges négatives en surface des fibres.

En outre, des formettes de papiers photoluminescentes ont été obtenues suite à l’adsorption des nanoparticules de PFFO sur des fibres cellulosiques de résineux avant la conception du matériau. L’adsorption a pu être optimisée (en quantité et en homogénéité) par des traitements mécaniques ou physico-chimiques réalisés respectivement sur les fibres et les particules. D’un autre côté, la dilution de nanoparticules chargées de P3OT a conduit à une agrégation progressive de ces particules à la surface des fibres. En contrôlant ce facteur de dilution, la quantité de nanoparticules de P3OT permettant la saturation des fibres a été atteinte voire accentuée par la création de charges négatives à la surface des fibres par adsorption de carboxyméthyl cellulose (CMC). Finalement, les pastilles formées à partir de fibres traitées se sont révélées hautement conductrices sous pression après un dopage à l’iode mais l’instabilité de ce dopage a entraîné une chute de cette conductivité au cours du temps.

Nanoparticules P3OT adsorbées sur les fibres
Figure 1 - Nanoparticules P3OT adsorbées sur les fibres
Nanoparticules PFFO adsorbées sur les fibres   Formette photoluminescente
Figure 2 - Nanoparticules PFFO adsorbées sur les fibres   Figure 3 - Formette photoluminescente
 
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