Nanocristaux de cellulose sensibles au CO2 et leurs applications

Les travaux de cette thèse ont porté sur le développement d’applications pour les Nanocristaux de Cellulose (NCC) sensibles au CO2. Les NCC en forme de bâtonnets sont modifiées chimiquement ou physiquement par des polymères sensibles au CO2 afin de concevoir de nouvelles applications. Ces polymères sont sensibles au CO2 dans un environnement aqueux, car le CO2 peut les protoner tandis qu’un gaz inerte peut les ramener à leur état neutre. Deux polymères, le poly(2-(diéthylamino)éthyle méthacrylate) (PDEAEMA) et le poly(2-(diméthylamino)éthyle méthacrylate) (PDMAEMA), sont utilisés comme polymères sensibles au CO2 dans cette thèse. Ces deux polymères présentent des différences de comportement en milieu aqueux. Ainsi, le PDEAEMA est un polymère hydrophobe à l'état neutre, mais il devient hydrophile lorsque protoné par le CO2 en solution aqueuse. Cependant, PDMAEMA est un polymère hydrophile dans les deux états protoné ou non protoné. En greffant les polymères sur les NCC ou en les mélangeant dans la suspension de CNC, les charges de surface ou les interactions intermoléculaires changent sous l'effet des gaz. Ainsi, les NCC sensibles au gaz ouvrent un nouveau domaine d'applications. Les résultats obtenus dans cette thèse valident de nouvelles stratégies dans trois applications différentes et offrent des perspectives pour développer et explorer de nouveaux matériaux à base de NCC sensibles au CO2. Dans le premier chapitre (Chapitre 1), les méthodologies des projets sont expliquées. Les instruments utilisés dans les trois projets avec leur description détaillée et l'ensemble des parties expérimentales de la thèse sont décrits dans ce chapitre. Dans le premier projet (chapitre 2), le but recherché est le développement de nanocomposites ayant des applications industrielles, employant les NCCs comme nanocharge dans d’autres polymères usuels. Dans cette approche, les NCCs sont greffés avec du PDEAEMA (CNC-g-PDEAEMA-Py) pour concevoir une stratégie « universelle » de fabricati
The research in this thesis focus on the development of applications of CO2-responsive Cellulose Nanocrystal (CNC). The rod-like CNCs are modified by CO2-responsive polymers, either chemically or physically, to design the new applications. These polymers are sensitive to CO2 in an aqueous environment because CO2 can protonate them and recover their neutral state by an inert gas. Two polymers, poly (2-(dimethylamino) ethyl methacrylate) (PDEAEMA) and poly (2-(methylamino) ethyl methacrylate) (PDMAEMA), are employed as CO2-responsive polymers in this thesis. According to the difference between two polymers, PDEAEMA is a hydrophobic polymer in a neutral state, but it alters from hydrophobic to hydrophilic state when protonated by CO2 in a solution. However, PDMAEMA is a hydrophilic polymer in the two states, protonated or non-protonated. By grafting the polymers on the CNC or blending these polymers in the suspension of CNCs, the surface charges or intermolecular interactions are changed by gases. Thus, gas-responsive CNC provides a new field of applications. The obtained results confirm the validity of the three different applications and offer perspectives to develop and to explore new CO2-responsive CNCs, elucidated in this thesis. In the first chapter (Chapter 1), the methodologies of projects are explained. The instruments which have been used in the three projects with their detailed description and the whole experimental sections of the thesis are pointed out in this chapter. In the first project (Chapter 2), the goal is to develop nanocomposites for industry applications employing CNC as a nanofiller in common polymers. In this approach, CNCs are grafted with PDEAEMA (CNC-g-PDEAEMA-Py) to design a “universal” strategy for making nanocomposites (with hydrophilic or hydrophobic polymers) without additives. By grafting the CO2-responsive polymer on the surface of CNCs, its polarity can be modulated by means of gases. The resulting grafted CNCs are compa