Ce travail est consacré au développement de biocomposites de caoutchouc naturel (NR) performants pour produire des composites ayant des propriétés similaires aux formulations conventionnelles à base de noir de carbone (CB). Le projet est divisé en deux parties principales selon les types de charges: les charges lignocellulosiques de taille macro et la nanocellulose. Dans un premier temps, le remplacement du CB par de la lignine et de la cellulose (avec et sans modification) est étudié. Les résultats montrent que la lignine et la cellulose ont leurs propres avantages et limites, mais le remplacement partiel du CB par les deux macro-biocharges peut fournir de meilleures propriétés mécaniques et dynamiques par rapport au CB seul. Néanmoins, des propriétés améliorées sont également obtenues après une modification de surface de la cellulose par de l'anhydride maléique greffé sur du polyisoprène (MAPI). Cependant, il n'est pas possible de remplacer complètement le CB par ces charges en raison des fortes interactions entre les charges. Ensuite, l'effet de la nanocellulose sur le renforcement du NR est étudié. Ce travail comprend également un système de renforcement hybride à base de nanocellulose et de nanotubes de carbone (CNT) qui montre la formation d'un réseau conducteur 3D solide à l'intérieur de la matrice de caoutchouc. La présence de ce réseau conduit à d'excellentes propriétés (propriétés mécaniques dynamiques et conductivité thermique) qui peuvent être facilement contrôlées en ajustant la teneur en charges. Enfin, un nouveau système hybride contenant de la lignine et de la nanocellulose a été développé pour renforcer le NR. Dans ce cas, une concentration élevée (40 parties pour cent de caoutchouc, phr) de lignine est utilisée comme biocharge non-renforçante pour réduire les coûts et augmenter la durabilité, tandis que la nanocellulose est ajoutée pour renforcer ces biocomposites NR. On constate que l'ajout de 7,5 phr de nanocellulose aux composés lignine/NR (contenant 40 phr de lignine) augmente la teneur en caoutchouc lié (37%), la résistance à la traction (36%) et le module à 100 % de déformation (101%), tout en diminuant le temps de durcissement (14%) et le facteur de perte (55% à 10% de déformation). Malgré sa biodégradabilité et sa durabilité, le bionanocomposite nanocellulose/lignine/NR présente des propriétés mécaniques similaires et même de meilleures propriétés mécaniques dynamiques (53% à 10% de déformation) que les composites NR conventionnels renforcés avec du CB seul. / This work is devoted to the development of high-performance natural rubber (NR) biocomposites to produce composites having similar properties as conventional formulations based on carbon black (CB). The project is divided into two main parts depending on the types of fillers: macro-sized lignocellulosic fillers and nanocellulose. Firstly, the effect of replacing CB by lignin and cellulose (with and without modification) is studied. The results show that both lignin and cellulose have their own advantages and limitations, but partial replacement of CB with both macro-biofillers can provide better mechanical and dynamic mechanical properties compared to CB alone. Nevertheless, improved properties are also obtained after surface modification of the cellulose with maleic anhydride grafted to polyisoprene (MAPI). However, it is not possible to completely replace CB with these fillers due to strong filler-filler interactions. Then, the effect of nanocellulose on NR reinforcement is studied. This work also includes a hybrid reinforcing system based on nanocellulose and carbon nanotube (CNT) which is showing the formation of a strong 3D conductive network inside the rubber matrix. The presence of this network leads to excellent properties (mechanical and dynamic properties, and thermal conductivity), which can be easily controlled by tuning the fillers content ratio. Finally, a novel hybrid system containing lignin and nanocellulose is developed to reinforce NR. In this case, a high concentration (40 parts per hundred rubber, phr) of lignin is used as a non-reinforcing biofiller to reduce the costs and increase the sustainability, while nanocellulose is added to reinforce these NR biocomposites. It was found that adding 7.5 phr of nanocellulose to the lignin/NR compounds (containing 40 phr lignin) increased the bound rubber content (37%), tensile strength (36%) and modulus at 100% strain (101%), while decreasing the curing time (14%) and loss factor (55% at 10% strain). Despite its biodegradability and sustainability, the nanocellulose/lignin/NR bionanocomposite exhibits similar mechanical properties and even better dynamic mechanical properties (53% at 10% strain) than conventional NR composites reinforced with CB alone.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/101403 |
| Date | 13 December 2023 |
| Creators | Kazemi, Hossein |
| Contributors | Rodrigue, Denis, Mighri, Frej |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxiv, 195 pages, application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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