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Etude de la formation structurale de l'acide polylactique par diffusion de rayons-X synchrotron et par calorimétrie ultra-rapide in situ
Résumé
L’acide poly(lactique) (PLA) est un polymère biosourcé, biocompatible et biodégradable, ceci lui confère une place de choix dans le remplacement des polymères issus du pétrole pour des applications ciblées. De façon générale, les propriétés finales du matériau seront fortement dépendantes de la microstructure.
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Le PLA est un polymère semi-cristallin, sa microstructure sera fortement dépendante des phases cristallines en présence. La cristallisation sera amorcée par l’assemblage de macromolécules sous forme de germes qui initie la croissance des cristallites. Dans la littérature, quatre phases cristallines différentes ont été décrites en fonction du mode de préparation, les phases les plus courantes sont α et α’. La phase α est obtenue par cristallisation à haute température et la phase α’ à basse température. Les domaines de stabilité thermique des deux phases se chevauchent. Dans le cadre de cette étude, il a donc été entrepris de mettre en œuvre de nouvelles techniques de mesure comme la calorimétrie ultra-rapide et la diffusion de rayons X nano-focalisé. Tout ceci dans l’objectif d’appréhender, le mécanisme de nucléation, l’organisation nano-structurelle des échantillons polymorphes ou recuits et une meilleure compréhension de l’impact des cinétiques de chauffe sur la composition en phase de l’échantillon et des mécanismes de transition de phase à l’œuvre dans ce matériau. Il a été ainsi remarqué que les germes pouvaient être détruits à une température inférieure à la température de fusion du polymère. Dans le but de connaître la manière dont les deux phases sont distribuées au sein d’une structure polymorphe, il a été possible de cartographier l’échantillon avec une résolution spatiale élevée. Il a alors été observé que les deux phases se mêlent de manière intime. Les mécanismes conduisant à la transition de la phase α’ vers α ont été esquissé par le comparatif des résultats donnés par différentes vitesses de chauffe..Poly(lactic)acid(PLA)is a biosourced, biocompatible and biodegradable polymer, that gives it a prominent place in order to replace petroleum-derived polymers for targeted applications. In general, the final properties of the material will be highly dependent on its microstructure. PLA is a semi-crystallin polymer, its microstructure will be highly dependent on the crystalline phases present. Crystallization will be initiated by assembling macromolecules in the form of germs that initiate the growth of crystallites. In the literature four different crystalline phases have been described they differ according to the method of preparation, the most commons phases are α and α’. The α phase is obtained by high temperature crystallization and the α’ phase by lower temperature. The thermal stability domains of the two phases overlaps. The aim of this study, was to implement new measurement technique understand such as ultra-fast calorimetry or nano-focused X-ray scattering. All this in order to apprehend, the mechanism of nucleation, the nano-structural organization of polymorphic or annealing samples and a to better undersand of the impact of heating kinetics on the phase composition of the structure and the mechanisms of phase-transition at work in this material. It was thus noticed that the germs could be destroyed at a temperature below the polymer melting temperature. In order to know how the two phases are distributed within a polymorphic structure, it was possible to map the sample with a high spatial resolution. It was then observed that the two phases are intimately mixed. Mechanisms leading to the transition of the phase α’ to α were characterized by the comparing of the results given by different heating kinetics.