Passerini three-component reaction for the hydrophobization of microfibrillated cellulose (MFC) : A green strategy toward advanced paper packaging

Les préoccupations environnementales imposent de remplacer le matériaux d’origine fossile par des alternatives plus écologiques. Dans ce contexte des études récentes ont démontré que l'enduction de papier ou de carton avec de la cellulose microfibrillée (MFC), qui sont des particules biosourcées, pouvait améliorer de manière significative leurs propriétés barrière. Cependant, la nature hydrophile et la sensibilité à l'humidité des papiers enduits de MFC posent des problèmes majeurs, limitant leur potentiel d'application dans des industries telles que l'emballage alimentaire.Pour répondre à ces limitations, cette thèse s’est concentrée sur la modification chimique des MFC oxydées par le périodate ou le radical TEMPO par la réaction à trois composants de Passerini (P-3CR) dans l’objectif de leur conférer une hydrophobie partielle. La P-3CR est une réaction en milieu aqueux sans catalyseur qui permet de fonctionnaliser les MFC en combinant un aldéhyde, un acide carboxylique et un isonitrile en une fonction α-acyloxycarboxamide. Des techniques spectroscopiques avancées, telles que l'ATR-FTIR et la RMN 13C CP-MAS, ont été utilisées pour caractériser les MFC modifiées et quantifier leur degré de substitution (DS). Il a été démontré que le DS pouvait être facilement ajusté dans une large gamme en faisant varier des paramètres clés tels que le type d'oxydation (oxydation par TEMPO en acides carboxyliques ou oxydation par le périodate en aldéhydes), le degré d'oxydation initial des MFC, ainsi que la quantité et la nature des substituants hydrophobes et des co-solvants.Les suspensions de MFC ont ensuite été coulées pour évaluer leurs propriétés de filmification et leur hydrophilie. Bien qu'un DS élevé ait initialement inhibé la formation d'un film, il a entraîné une hydrophobie significative, comme l'ont confirmé les mesures d’angle de contact avec l'eau. Pour surmonter cette limitation, une réaction de post-oxydation suivant la P-3CR a été introduite, rétablissant la capacité de filmification tout en maintenant l'hydrophobicité.Enfin, les matériaux MFC hydrophobes optimisés ont été appliqués sur des substrats en papier à l'aide de la méthode de revêtement par lamination humide choisie pour sa compatibilité avec les systèmes à base de MFC. Les caractéristiques structurales du revêtement ont été analysées par microscopie électronique à balayage et les propriétés de barrière à l'eau, à l'huile et à la vapeur d'eau ont été évaluées. Les matériaux optimisés ont démontré des performances barrière efficaces, montrant que la P-3CR en milieu aqueux peut être considérée comme un outil polyvalent pour ajuster la fonctionnalisation des MFC et leur conférer une hydrophobie utile pour des applications dans l’emballage.