Etude de mélanges ternaires époxyde PMMA montmorillonite. Élaboration, contrôle de la morphologie

Hernandez Avila Marcelo

Informations

• Publié par: Cipot
• Nombre de lectures: 105
• Langue: Latin

Extrait

 Chapitre 2. Matériaux et techniques expérimentales : Description Générale

                                 

                                   

 

      Chapitre   II.   Matériaux   et   techniques   expérimentales    

46

 Chapitre 2. Matériaux et techniques expérimentales : Description Générale

                                                                                     

 

47

 Chapitre 2. Matériaux et techniques expérimentales : Description Générale

Chapitre  II.  Matériaux  et  techniques  expérimentales     Lobjectif   de   ce   second   chapitre   est   de   présenter   les   matériaux   qui   seront   utilisés   pour   la   réalisation   des   systèmes   binaires   et   ternaires.   On   décrira   également   les   techniques   délaboration   utilisées   pour   la   réalisation   des   systèmes   binaires   et   ternaires   ainsi   que   de   présenter   les   principales   techniques   de   caractérisation   des   matériaux   générés.                2 ‐ 1)   Présentation   des   matériaux     Le   choix   des   matériaux   est   une   étape   critique   et   importante   pour   arriver   à   développer   avec   succès   lélaboration   des   nanocomposites   ternaires.   Nous   avons   fait   une   recherche   bibliographique   approfondie   pour   profiter   des   résultats   obtenus   préalablement   sur   les   matériaux   nanocomposites.   Pour   le   cas   de   la   matrice   thermodure,   nous   avons   choisi   le   prépolymère   di ‐ époxyde   (DGEBA n = 0,15 )   et   comme   durcisseur   lamine   4,4   Methylene   dianiline   (MDA).   Cette   sélection   est   basée   sur   létude   bibliographique   qui   montre   quil   est   possible   dobtenir   une   bonne   dispersion   de   largile   en   employant   ces   matériaux   [BEC05] ,   et   que   le   PMMA   y   est   soluble   initialement   et   conduit   après   séparation   de   phase   à   une   distribution   homogène   des   particules   [RIT00]     2 ‐ 1 ‐ 1)   Le   Monomère   époxyde   type   DGEBA     Beaucoup   de   systèmes   époxyde   sont   basées   sur   le   Diglycidyléther   de   bisphénol   A   (DGEBA)    qui   a   la   structure   représentée   sur   la   figure   II ‐ 1.   Dans   le   cas   le   plus   simple,     où   lindice   de   polymérisation   est   égal   à   0   ( n =   0)   la   masse   molaire   est   de   340   g/mol   [MOO84] ,   mais   les   formulations   typiques   ont   un   n >0.   La   DGEBA   résulte   de   la   condensation   en   milieu   alcalin   de   lépichlorhydrine   (chloro ‐ 1 ‐ epoxy ‐ 2,3)   propane)   et   du   bisphénol   A   (isopropylidène   4 ‐ 4   diphénol).   Les   groupements   époxydes   et   les   fonctions   hydroxyles   sont   deux   sites   réactifs   potentiels,   mais   les   groupements   époxyde   sont   dans   nos   conditions   à   lorigine   des   réactions   qui   conduisent   au   réseau   final.       

  Figure   II ‐ 1   :   Structure   du   prépolymère   diglycidyl   éther   du   bisphénol   A   (DGEBA)     Les   groupements   oxiranne   qui   terminaux   présentent   une   réactivité   élevée   à   cause   de   la   force   de   tension    du   cycle   à   trois   atomes   et   à   la   polarité   induite   par   latome   dhydrogène.   Ces   cycles   peuvent   souvrir   par   réaction   avec   des   fonctions   amine   ou   anhydride   et   conduire   à   des   réseaux   tridimensionnels.    

 

48

 Chapitre 2. Matériaux et techniques expérimentales : Description Générale

Pour  notre  travail  expérimental,  nous  avons  choisi  dutiliser  la  DGEBA  avec  la  valeur   de   n =0.15   et   ses   caractéristiques   figurent   dans   le   tableau   II ‐ 1.     Monomère   n   Mw   (g/mol)   Tf   (°C)   Fournisseur   DGEBA   0.15   382,6   47   Vantico   (LY556)   Tableau   II ‐ 1   Caractéristiques   de   la   DGBEA   n =   0,15     2 ‐ 1 ‐ 2)   Les   durcisseurs   damine     Les   prépolymères    DGEBA   peuvent   être   réticulés   à   température   ambiante   si   le   durcisseur   est   une   amine   aliphatique   alors   que   pour   les   amines   aromatiques   une   température   entre   120   et   200°C   est   nécessaire                          A)   Amine   4,   4 ‐ méthylènebis   [3 ‐ chloro ‐ 2,   6 ‐ diéthylaniline]   (MCDEA)      Cest   une   amine   aromatique   qui   présente   une   chaîne   courte   et   rigide.   Quand   cette   amine    réagit   dune   façon   stchiométrique   avec   la   DGEBA,   il   est   possible   dobtenir   un   réseau   thermodurcissable,   dont   la   Tg   infinie   est   de   175°C.    La   MCDEA   a   une   faible   réactivité   causée   par   sa   rigidité   et   par   lencombrement   stérique   autour   des   deux   fonctions   amine.     La   structure   chimique   et   les   caractéristiques   de   lamine   MCDEA   sont   reportées   sur   la   figure   II ‐ 2   et   le   tableau   II ‐ 1   respectivement:        

C 2 H 5 Cl

NH 2 CH 2

C 2 H 5

NH 2

C 2 H 5 Cl C 2 H 5   Figure   II ‐ 2   Structure   chimique   de   lamine   MCDEA  

        Monomère   Fournisseur   M   (g/mol)   4,   4 ‐ méthylènebis[3 ‐ chloro ‐ 2,   6 ‐ diéthylaniline]   Fluka    380     Tableau   II ‐ 2    Caractéristiques   de   lamine   MCDEA        

 

49

Tf  (°C)   88  

 Chapitre 2. Matériaux et techniques expérimentales : Description Générale

                    B)  Amine  4,4  Methylene  dianiline  (MDA)     Elaborée   par   condensation   de   laniline   avec   le   formaldéhyde,   la   MDA   (ou   DDM  ‐ diamine   diphényle   méthane)   a   une   fonctionnalité   égale   à   4,    une   température   de   fusion    de   90   °C   et   conduit   à   un   degré   de   réticulation   élevé.   La   structure   chimique   et   les   caractéristiques   de   lamine   MDA   sont   données   sur   la   figure   II ‐ 3   et   dans   le   tableau   II ‐ 3   respectivement.    

H 2 N CH 2 NH 2   Figure   II ‐ 3   Structure   chimique   de   lamine   MDA        Monomère   Fournisseur   (g.mol ‐ 1 )   Tf   (°C)   4,4   de   Methylene   dianiline   (MDA)   Fluka    198   90     Tableau   II ‐ 3    Caractéristiques   de   lamine   MDA     2 ‐ 1 ‐ 3)   Le   thermoplastique   :   PMMA      Dans   ce   travail,   deux   types   de   PMMA   ont   été   utilisés   principalement:                           A)   PMMA   commercial   de   grande   masse   molaire      Pour   le   présent   travail,   le   PMMA   a   été   choisi   comme   thermoplastique   principalement   à   cause   de   sa   solubilité   dans   la   DGEBA   liquide   et   de   sa   séparation   de   phase   avec   lamine   MDA   pendant   la   réaction,   et   aussi   en   raison   de   labsence   dinteractions   entre   le   PMMA   et   la   DGEBA   [GOM93],   [PAS02],   [RIT00] .      Le   poly   (méthyle   méthacrylate)   (PMMA)   est   un   membre   important   de   la   famille   des   poly   (ester   acryliques).   Le   PMMA   possède   des   caractéristiques   excellentes   comme   une   exceptionnelle   clarté   optique,   une   excellente   stabilité   dimensionnelle   et   il   présente   un   caractère   polaire;   cependant   la   faible   résistance   thermique   est   un   inconvénient   majeur   [LI03] .   Les   nanocomposites   fabriqués   à   partir   de   PMMA/MMT   peuvent   améliorer   cette   faiblesse   [OKA00] .   Le   tableau   II ‐ 4   et   la   figure   II ‐ 4    montrent   les   caractéristiques   et   structure   chimique   respectivement   du   PMMA   le   plus   employé   au   cours   de   ce   travail.       Nom   Désignation   • (g/mol)   Fournisseur   Tg   (°C)   Poly   (méthyle   méthacrylate)   PMMA   43   000   Arkema   120°   Tableau   II ‐ 4   Caractéristiques    du   PMMA   de   grande   masse   molaire      

 

50

 Chapitre 2. Matériaux et techniques expérimentales : Description Générale

  Figure   II ‐ 4   Structure   chimique   du   PMMA                        B)   PMMA   de   faible   masse   molaire      Dabord   nous   avons   synthétisé   le   PMMA   en   utilisant   la   polymérisation   radicalaire   conventionnelle   thermique.   Dans   un   ballon   tricol,   on   introduit   le   monomère   (Méthacrylate   de   méthyle   ou   MMA),   lamorceur   (azobisisobutyronitrile   ou   AIBN),   lagent   de   transfert   (1 ‐ dodécanethiol   ou   n ‐ DDM)   et   le   solvant   (toluène).   Auparavant,   le   MMA   fut   distillé   et   le   toluène   séché.   Les   quantités   introduites   sont   de   6.80g   de   MMA   pour   0.21g   dAIBN,   1.63g   de   n ‐ DDM   et   15   mL   de   toluène,   daprès   le   protocole   de   chez   ARKEMA.   On   adapte   un   réfrigérant   sur   le   col   du   milieu,   on   bouche   le   deuxième   col   et,   par   lintermédiaire   dun   septum   et   dune   aiguille   au   niveau   du   troisième   col,   on   fait   barboter   de   lazote   pendant   15   min.   Ensuite,   on   baisse   le   débit   dazote   mais   on   garde   lensemble   sous   cette   atmosphère   et   on   porte   le   tout   à   80°C   pendant   4   heures   avec   agitation   mécanique   forte.   Puis   on   refroidit   le   ballon   sous   leau   froide   courante.   Le   produit   obtenu   est   ensuite   précipité   directement   dans   lheptane   bien   froid   sous   agitation   mécanique   forte   puis   filtré   à   laide   dun   fritté   de   porosité   4   et   enfin   mis   à   sécher   à   létuve   à   60°C.     Après   les   analyses   nous   pouvons   voir   que   ce   polymère   a   une   masse   molaire   (Mn)   de   1100   g/mol   et   un   indice   de   polymolécularité   de   1,97.   Cependant,   il   ne   faut   pas   oublier   que   la   valeur   de   la   masse   molaire   connaît   une   marge   derreur   assez   importante   de   par   le   fait   que   lon   se   trouve   proche   de   la   zone   de   perméation   totale.   Lanalyse   en   DSC,   quant   à   elle,   nous   donne   une   valeur   de   Tg   égale   à   23°C,   valeur   proche   de   celle   attendue   pour   une   masse   molaire   faible.     2 ‐ 1 ‐ 4)   Largile   Cloisite   30B      La   cloisite   30B   est   une   montmorillonite   naturelle   et   organophile   qui   appartient   à   un   groupe   de   plusieurs   types   de   Cloisites   :   Cloisite   6A,   15A,   20A,   10A,   25A   produits   par   Southern   Clay   Products   (USA).   La   différence   entre   ces   types   dargiles   vient   du   cation   ammonium   localisé    dans   les   galeries   de   largile.   Avec   deux   longues   chaînes   alkyles,   les   ions   ammonium   dans   les   Cloisites   6A,   15A   et   20   A   sont   peu   polaires,   tandis   que   les   Cloisites   10A   (qui   comprend   un   groupement   benzyle),   30B   (qui   présent   deux   courts   groupements   hydroxyethyls)   sont   plus   polaires.   Les   tensions   superficielles   mesurées   par   ascension   capillaire   déterminées   par   Burgentzlé   et   al.   [BUR03] ,   le   prouvent   (Tableau   II ‐ 5).   Cette   argile   (30B)   est   connue   pour   être   lune   des   plus   hydrophiles   [KUM03] .   Pour   obtenir   une   structure   bien   intercalée   ou   mieux   exfoliée,  

 

51