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RÉSUMÉ
Les nanocomposites sont constitués d’une dispersion de plaquettes ou lamelles généralement argileuses dans une matrice polymère. Ces charges lamellaires sont un ensemble de feuillets de type « mille feuilles ». Les dimensions des feuillets individuels sont de l’ordre du nanomètre en épaisseur, de plusieurs dizaines de nanomètres en largeur, et de plusieurs dizaines de nanomètres à quelques micromètres en longueur d’où leur appellation nanocharges. Les caractéristiques géométriques de la charge ont une influence déterminante sur les propriétés des matériaux polymères ainsi formulés, répertoriés ici sous l’appellation générale nanocomposites.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Dominique DUPUIS : Ingénieur de Recherches Rhodia au CRTA
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Olivier MATHIEU : Ingénieur ENSPM, CPE-Lyon - Rhodia Engineering Plastics
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Sylvain BOUCARD : Docteur Ingénieur - Product Development & Technical support – Automotive – Multibase SAS – A DowCorning Company
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Stéphane JEOL : Ingénieur polymériste de l’ECPM Strasbourg - Doctorant en « Polymères et composites » à l’INSA de Lyon
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Jannick DUCHET-RUMEAU : Maître de conférences au Laboratoire LMM/IMP de l’INSA de Lyon
INTRODUCTION
Les nanocomposites peuvent être constitués d’une dispersion de plaquettes ou lamelles généralement argileuses dans une matrice polymère. Ces charges lamellaires sont constituées d’un ensemble de feuillets (type « mille feuilles »). Les dimensions des feuillets individuels sont de l’ordre du nanomètre en épaisseur, de plusieurs dizaines de nanomètres en largeur, et de plusieurs dizaines de nanomètres à quelques micromètres en longueur d’où leur appellation nanocharges. Ces dimensions leur confèrent un coefficient de surface très élevé (de 100 à 1 000 m2 · g−1) et un très fort facteur de forme (longueur/épaisseur > 100). Les caractéristiques géométriques de la charge ont une influence déterminante sur les propriétés des matériaux polymères ainsi formulés, répertoriés ici sous l’appellation générale nanocomposites, pour tenir compte de la dimension nanoscopique des charges introduites et à ne pas confondre avec les composites traditionnels du type polymères/fibres de renforts (exemple : polyester/fibres de verres).
Suivant l’état d’exfoliation et de dispersion de la charge minérale dans la matrice, on peut distinguer trois types de structures minérales :
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une structure non exfoliée, lorsque les feuillets restent agglomérés sous forme de paquets (ou d’un cristal) ;
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une structure intercalée, avec des feuillets incomplètement séparés ;
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une structure exfoliée (ou délaminée) avec des feuillets individuels bien séparés et correctement dispersés (ce qui se traduit par une perte de cohérence cristalline).
Après quelques généralités sur les nanocharges lamellaires (§ 1), nous décrirons successivement les nanocomposites lamellaires :
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1. Généralités sur les nanocharges lamellaires pour nanocomposites
L’appellation nanocomposites, sauf à considérer que tout mélange est un composite, ne reflète pas la réalité structurale du produit qui est un polymère comprenant une résine de base et des adjuvants dont certains sont nanoscopiques – d’où l’abus de langage à caractère commercial.
Pour plus d’informations, le lecteur pourra consulter les références bibliographiques à .
1.1 Choix de la charge minérale
Les charges lamellaires les plus utilisées sont les phyllosilicates (silicates lamellaires) dont la montmorillonite, mais d’autres charges peuvent aussi être utilisées comme les polysilicates (dont la magadiite). Parmi les autres charges lamellaires, on peut aussi citer les Layered Double Hydroxyde (dont les hydrotalcites). Il est ainsi possible de moduler la physico-chimie des lamellaires en fonction de la matrice polymère d’accueil, ne serait-ce que pour des raisons de compatibilité chimique avec le polymère, de stabilité thermique, de traitement organique, etc. De plus, en fonction de leur nature chimique, ces différentes charges lamellaires ne présentent pas les mêmes charges électriques au niveau des feuillets élémentaires (feuillets anioniques ou cationiques suivant le type de lamellaire). En conséquence, on pourra ainsi intercaler, suivant le type de charge lamellaire, un composé organique cationique ou par opposition un composé organique anionique. Ajoutons aussi que ces différentes charges lamellaires pourront présenter des tailles et des morphologies d’objets très différentes en fonction de leur nature chimique et de leur voie d’accès (sources naturelles ou synthétiques). Dans le cas des montmorillonites naturelles la morphologie,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MACCULLOCH - - J. Am. Chem. Soc. (1952), vol. 74, p. 2453-2456.
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(4) - RUIZ-HITZKY (E.), ROJO (J.M.), LAGALY (G.) - - Coll. Polym. Sci. (1985), vol. 263, p. 1025-1030.
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(5) - OKUTUMO (S.), KURODA (K.), OGAWA (M.) - - Applied Clay Science (1999), vol. 15, p. 253-264.
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(6) - JOBBAGY (M.), REGAZZONI (A.E.) - - Journal of Colloïd and Interface Science (2004), vol. 275, p. 345-348.
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