Production de cellulose nanofibrillée et de nanocomposites par extrusion de pâtes de cellulose à haute teneur en solide

Ce travail de thèse avait deux objectifs : premièrement, produire des suspensions à haut extrait sec de nanofibrilles de cellulose (NFC) à partir d'une pâte cellulosique industrielle en utilisant un procédé d'extrusion à double vis (TSE), et, deuxièmement, extruder ces fibres en présence d'un polymère hydrophile, l'alcool polyvinylique (PVOH). Afin de comprendre comment un prétraitement chimique influençait l'efficacité de la désintégration des fibres en nanofibrilles de cellulose durant l'extrusion, nous avons tout d'abord préparé des fibres avec différents taux de carboxyles (de 600 à 1300 μmol/g) par oxydation TEMPO ou carboxyméthylation. Puis, en fixant la teneur en carboxyles à 350 μmol/g, nous avons extrudé les fibres prétraitées avec l'oxydation TEMPO en présence de PVOH. Ce polymère hydrophile a facilité la nanofibrillation et permis de produire des nanocomposites prêts à l'emploi contenant une fraction élevée de NFC. Nous avons démontré l'intérêt de l'extrusion des fibres en présence de PVOH en élaborant des films minces de nanocomposites contenant différentes proportions de NFC et de PVOH. Par ailleurs, nous avons préparé des films composites PVOH/NFC en utilisant des fibres prétraitées par oxydation periodate. Ces films présentent de bonnes propriétés barrières à l'eau et à l'oxygène, ainsi qu'une résistance mécanique supérieure à celle des films plastiques conventionnels ou du papier cellulosique. Nos résultats contribuent à l'amélioration des prétraitements et des procédés de production de NFC, ainsi qu'au développement de composites PVOH/NFC contenant une proportion élevée de NFC, en vue de leur utilisation dans des applications industrielles. This thesis had two objectives: firstly, to produce high solid content suspensions of cellulose nanofibrils (NFC) from industrial cellulose pulp using a twin-screw extrusion (TSE) process, and secondly, to extrude these fibers in the presence of a hydrophilic polymer, poly(vinyl alcohol) (PVOH). To understand how a chemical pretreatment influenced the efficiency of fiber disintegration into cellulose nanofibrils during extrusion, we first prepared fibers with different carboxyl degrees (from 600 to 1300 μmol/g) by TEMPO oxidation or carboxymethylation. Then, setting the carboxyl content at 350 μmol/g, we extruded the fibers pretreated by TEMPO oxidation in the presence of PVOH. This hydrophilic polymer facilitated nanofibrillation and enabled us to produce ready-to-use nanocomposites containing a high f