Classifications des nanocomposites

Classifications des nanocomposites

Mélange argile et polymère en solut

Quelquefois appelée exfoliation/adsorption, cette méthode comporte trois grandes étapes de synthèse. L’argile est d’abord gonflée dans un solvant, ensuite on introduit le polymère, et enfin le solvant est évaporé. Il faut pour cela un solvant à la fois capable d’exfolier les plaquettes et de solubiliser le polymère. Cette méthode est particulièrement adaptée aux polymères hydrosolubles et aux argiles smectites. Par exemple, Ogata et al. [6] ont ainsi réalisé des films de polyoxyde d’éthylène et d’alcool polyvinylique contenant entre 0 et 15 % de montmorillonite en utilisant comme solvant de l’eau et du chloroforme. Cette méthode présente au moins deux inconvénients. D’une part, il y a compétition entre trois affinités argile/solvant, argile/polymère et polymère/solvant. D’autre part, lorsque le solvant est évaporé, on obtient le plus souvent un système intercalé ou interstratifié. On peut également intégrer dans ce mode de préparation, la polymérisation en émulsion et la polymérisation à partir de précurseurs organiques ou d’oligomères en solution. Lorsque le polymère n’est soluble dans aucun solvant organique, la polymérisation à partir de précurseurs est employée. Par exemple, Yano et al. [7] ont préparé des films de polyimide selon ce principe. Ils ont utilisé pour ce faire une montmorillonite organophile échangée par des ions dodécylammonium. L’argile est dispersée dans du diméthylacétamide, puis ajoutée à une solution d’acide polyamique dans le diméthylacétamide. Ils obtiennent ainsi des films de polyimide contenant jusqu’à 8 % en masse de montmorillonite, dispersée de façon homogène dans la matrice. Pour la polymérisation en émulsion, plusieurs auteurs ont travaillé sur le PMMA en utilisant des surfactants [8,9]. A la synthèse du PMMA par émulsion, il est simplement ajouté une étape de mise en solution de l’argile dans un solvant approprié. Chapitre I Rappels Bibliographiques Page 13 Pour la polymérisation à partir d’oligomères cycliques, on peut citer, la synthèse du polyéthylène téréphtalate chargé avec une montmorillonite modifiée par des ions triméthyloctadécylammonium effectuée dans du dichlorométhane [10].

Polymérisation in situ

Cette voie de synthèse, étudiée depuis les années 60, mais c’est à partir des années 90, après les travaux menés par Toyota [11], que l’intérêt sur cette technique est relancé. Cette méthode, au contraire de la précédente, ne nécessite pas de solvant, l’argile est ajoutée directement au monomère (liquide ou solide) et le monomère pénètre, par diffusion, entre les feuillets (figure 3). Lors de la polymérisation, les chaînes de polymère se forment entre les feuillets. La polymérisation est amorcée avec un initiateur chimique ou aux ultraviolets. L’initiateur peut être ajouté au mélange ou avoir été préalablement introduit dans l’argile par échange cationique. Dans cette stratégie, pour améliorer l’affinité entre monomère et argile, cette dernière est souvent modifiée par échange cationique pour la rendre organophile, mais aussi pour faciliter la diffusion du monomère et des chaînes en croissance en augmentant la distance interfoliaire avec des molécules de taille importante La réaction de polymérisation peut être accélérée en ajoutant au mélange des catalyseurs. Parfois, l’argile joue elle-même le rôle de catalyseur. Parmi les nombreux travaux réalisés selon cette méthode, on peut citer celui d’Usuki et Kojima [11,12] sur la polymérisation in situ de 3-Caprolactam dans la montmorillonite. Ces auteurs ont ainsi élaboré des nanocomposites Nylon 6/montmorillonite exfoliés donnant lieu à plusieurs brevets par Toyota dès 1993. Plusieurs groupes de chercheurs ont travaillé sur la polymérisation in situ du polystyrène dans la montmorillonite après fonctionnalisation de cette dernière. Des nanocomposites présentant des feuillets exfoliés ont été obtenus en échangeant l’argile avec des ions N,N-diméthyl-N-dodécyl-N-vinylbenzyl ammonium [13] ou N-méthyl-N-dodécylN,N-divinylbenzyl ammonium [14]. Une partie des chaînes de polystyrène se forment à partir de l’ammonium adsorbé à la surface de l’argile. De nombreux travaux ont été publiés sur les systèmes époxyde-amine/argile utilisant la polymérisation in situ. Dans ces matrices réticulées, la vitesse de polymérisation à l’intérieur des feuillets doit être égale ou supérieure à celle extérieure pour arriver à un ensemble exfolié. Parmi les facteurs influençant l’état de dispersion final, Pinnavaia et al. [15] ont étudié l’influence de la capacité d’échange cationique de l’argile (CEC). Ils ont montré qu’une CEC élevée empêche l’exfoliation totale la densité de contre-ions adsorbés diminuant à la fois la diffusion des monomères dans l’espace interfoliaire et la vitesse de polymérisation entre les feuillets. Ils ont également étudié l’influence de la longueur des chaînes d’ions ammonium adsorbés [16] plus le nombre d’atomes de carbone est élevé, plus la diffusion des espèces réactives dans l’espace interfoliaire est favorisée. D’autre part, dans les systèmes époxy-amine, Lan et al. [17] ont mis en évidence que l’homopolymérisation des époxy était catalysée par la présence des ions ammonium dans l’espace interfoliaire. Les températures de polymérisation et de recuit doivent alors être ajustées pour minimiser ce facteur.

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Table des matières

Chapitre I Etude bibliographique
Chapitre II Préparation et caractérisation de la Maghnite-Na+ et l’Al- MCM-
Chapitre III Synthèse et caractérisation du Poly Pyrrolehydroxybenzaldéhyde
catalysée par des matériaux d’aluminosilicate mésoporeux Al- MCM-
Chapitre IV Synthèse et caractérisation des nanocomposites Poly (Vinyle Alcool)/Maghnite-Na+
Chapitre V Synthèse et caractérisation des nanocomposites PVA/AL-MCM- Conclusion générale et perspectives
Annexes

I. Rappel bibliographique sur les nanocomposites
I .1 Nanocomposites Hybrides
I.1.1 Définitions
I.1.2 Définitions des matériaux hybride ou nanocomposite
II. Différentes voies de synthèse
a) Mélange argile et polymère en solution
b) Polymérisation in situ
c) Intercalation en fondu
d) Synthèse des charges in situ
III. Classifications des nanocomposites
IV. Les différents types de composites argile/polymère
V. Méthode de caractérisation de la structure des nanocomposites
VI. Propriétés des nanocomposites argile-polymère
a) Stabilité thermique
b) Réduction de l’inflammabilité des matériaux
c) Propriétés mécaniques
VII. Nanocharge ou nanorenfort
VIII. Les phyllosilicates
I. Les argiles
II.1 Structure et propriétés des phyllosilicates
II.2 Structure cristallographique
II.3 Classification
III. Montmorillonites
III.1 Microstructure
a) Le feuillet
b) La particule primaire
c) L’agrégat
III.2 Caractéristiques physiques des montmorillonites
a) La capacité d’échange cationique
b) La surface spécifique
IX. les nanopores
I. Matrices de confinement
II. Les matériaux mésoporeux
III. Matériaux mésoporeux avec les tensioactifs
III.1 Les tensioactifs ioniques
IV. Silices amorphes nanoporeuses
V. Synthèse et propriétés des MCM-41
VI. Silice poreuse particules sphériques
VI.1 Applications des particules de silice mésoporeuse
Référence