La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Nanocomposites modèles silice-latex: Etude des propriétés rhéologiques et de la structure des charges et des chaînes par DNPA Mouna TATOU Laboratoire des.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Nanocomposites modèles silice-latex: Etude des propriétés rhéologiques et de la structure des charges et des chaînes par DNPA Mouna TATOU Laboratoire des."— Transcription de la présentation:

1 Nanocomposites modèles silice-latex: Etude des propriétés rhéologiques et de la structure des charges et des chaînes par DNPA Mouna TATOU Laboratoire des colloïdes verres et nanomatériaux Institut Laue Langevin

2 Nanocomposites Industrie automobile Aérospatiale Equipements de sport ? 2 Charge (1 à 100 nm) Matrice Matériaux multiphasiques Notre système: polymère/particules dures (Silice)

3 Avantages: Matériaux légers et résistants mécaniquement Amélioration de leffet barrière Stabilité thermique Résistance au feu Nanocomposites 3

4 4 Propriétés rhéologiques améliorées Propriétés microscopiques Structure des nanoparticules Structure des chaînes Dynamique Avantages: Matériaux légers et résistants mécaniquement/rhéologiquement Amélioration de leffet barrière Stabilité thermique Résistance au feu Nanocomposites

5 Plan Introduction: Techniques expérimentales et état de lart Structure et rhéologie dans les nanocomposites silice-latex Chaînes marquées: cinétique - structure microscopique Conclusion et perspectives 5

6 Plan Introduction: Techniques expérimentales et état de lart Structure et rhéologie dans les nanocomposites silice-latex Chaînes marquées: cinétique - structure microscopique Conclusion et perspectives 6

7 Fragile Ductile Contrainte σ Déformation λ Elastomère λ = L/L 0 σ = F/S Contrôle de la température par un bain dhuile T>T g comportement caoutchoutique type élastomère Rhéologie non linéaire par traction uni-axiale E Module de Young 7 Limite dextensibilité IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives

8 Energie= 8 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Rhéologie non linéaire par traction uni-axiale λ = L/L 0 σ = F/S Contrôle de la température par un bain dhuile T>T g comportement caoutchoutique type élastomère

9 9 T.E. Chang, L.R. Jensen, A. Kisliuk, R.B. Pipes, R. Pyrz, A.P. Sokolov Polymer 46, 439–444, 2005 PP + Nanotubes de carbone E augmente facteur 3 dès 1% Facteur de renforcement E/E matrice Origine du renforcement: Interface charge/matrice: liaisons (C. Chevigny 2009, Beriot et al. 2003…) et couche vitreuse (Montes et al. 2010, Leblanc 2002…) Structure 1) des charges (Rharbi et al 1999… ) 2) des chaînes (Nakatani et al. 2001, Tuteja et al. 2008…), controversée IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Renforcement

10 Fraction volumique PBMA/Silice S. Marceau, Thèse, % silice 10.8% silice 10 Pu et al.Chem. Mater. 1997, 9, Silice ajoutée longtemps avant la préparation 40% silice liée au poly(methyl acrylate) Méthode de préparation Résumé : différentes structures Aussi: taille des particules, matrice et interactions charge/matrice Dispersées Agrégats Réseau percolant IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Structure des charges

11 Introduction de chaînes marquées IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Structure des chaînes R. Heenan ISIS 11

12 Structure des chaînes dans le fondu Cotton et al Chaînes Gaussiennes : Fonction de Debye F D (x)=2/x 2 (e -x -1+x), X=(qR g ) 2 Theorème 50/50 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives I(q)= Δρ 2 ϕ H ϕ D V c P(q) 12

13 13 Structure des chaînes en présence de silice par DNPA: contraste moyen nul Contraste moyen nul : ρ (matrice H/D) = ρ (silice) 0.94x10 10 cm x10 10 cm x10 10 cm -2 ρ Silice Matrice H Matrice D IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Théorème 50/50 I(q)= Δρ 2 ϕ H ϕ D V c P(q)

14 => Résultats contradictoires => Structure parfois mal contrôlée => Silice parfois mal effacée Nakatani et al Tuteja et al Jouault et al Sen et al SystèmePDMS/SiO 2 PS/PS particules PS/SiO 2 R g =R charge Diminution Cste R g >R charge Augmentation Cste 14 Évolution du R g des chaînes en fonction de ϕ si IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives

15 StructurePropriétés rhéologiques ? 15 Systèmes nanocomposites à structure contrôlable Introduction de chaînes marquées Fragile Ductile Contrainte σ Déformation λ Elastomère IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Objectif

16 Plan Introduction: Techniques expérimentales et état de lart Structure et rhéologie dans les nanocomposites silice-latex: Système silice-latex Structure silice(Φ si,pH) Renforcement(Φ si,pH) Chaines marquées: cinétique - structure microscopique Conclusion et perspectives 16

17 Plan Introduction: Techniques expérimentales et état de lart Structure et rhéologie dans les nanocomposites silice-latex: Système silice-latex Structure silice(Φ si,pH) Renforcement(Φ si,pH) Chaines marquées: cinétique - structure microscopique Conclusion et perspectives 17

18 silice latex NaOH Evaporation du solvant Formation du film Contrôle de la structure avec le pH et la fraction volumique de silice PMMA/PBuA Formation des film nanocomposites 65°C Chevalier Y, Hidalgo M, Cavaille JY, B. Cabane, Macromolecules 32 (23): 7887, 1999 Rharbi Y, Cabane B, Vacher A, Joannicot M, F. Boué, Europhys. Lett. 46 (4): 472, 1999 Oberdisse J, Soft Matter IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives

19 Choix du système Système 1 (Rhodia R) Industriel Système 2 (San Sebastian SB) Laboratoire Copolymère T g Stabilité PMMA/PBuA 17°C 47°C PAA SDS Avantages: Charge électrique de la silice controlée par pH Filmification facile de films épais Comportement viscoélastique accessible Introduction de chaînes D de même synthèse 19 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives

20 Silice Caractérisation des nanoparticules par DNPA 20 I(q) = Φ (Δρ) 2 V P(q) S(q) Latex R I(q) = Φ (Δρ) 2 V P(q) 1% IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives

21 Distribution de taille des nanoparticules 21 Rayon (Å)σ Silice Latex R Latex SB115_ IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives

22 Plan Introduction: Techniques expérimentales et état de lart Structure et rhéologie dans les nanocomposites silice-latex: Système silice-latex Structure silice(Φ si,pH) Renforcement(Φ si,pH) Chaînes marquées: cinétique - structure microscopique Conclusion et perspectives 22

23 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Caractérisation des nanocomposites par DNPA Détermination du nombre dagrégation à partir de q max et du modèle cubique

24 Structure de la silice: DNPA Variation de Φ si à pH constant (latex R) 24 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives pH 9

25 Variation de Φ si à pH constant (latex R) 25 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Structure de la silice: DNPA pH 9

26 Variation de Φ si à pH constant (latex R) 26 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Structure de la silice: DNPA pH 9

27 Variation de Φ si à pH constant (latex R) 27 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Structure de la silice: DNPA pH 9

28 Variation de Φ si à pH constant (latex R) 28 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Structure de la silice: DNPA pH 9

29 Variation de Φ si à pH constant (latex R) 29 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Structure de la silice: DNPA pH 9

30 Variation de Φ si à pH constant (latex R) q max 30 pH 9 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Structure de la silice: DNPA

31 Variation de Φ si à pH constant (latex R) q max 31 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Structure de la silice: DNPA pH 9

32 Variation de Φ si à pH constant (latex R) 32 Φ si =15% IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Structure de la silice: DNPA

33 Résumé structure de la silice 33 Latex R Structure contrôlable IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives

34 34 Latex R pH 7 pH 4 pH 5 pH 9 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Structure de la silice: TEM

35 Latex R Latex SB 35 => Diagrammes dagrégation très similaires => Agrégation plus forte dans le système SB IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Structure de la silice

36 Plan Introduction: Techniques expérimentales et état de lart Structure et rhéologie dans les nanocomposites silice-latex: Système silice-latex Structure silice(Φ si,pH) Renforcement(Φ si,pH) Chaînes marquées: cinétique - structure microscopique Conclusion et perspectives 36

37 Propriétés rhéologiques pH 7 37 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives

38 pH 7 38 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Propriétés rhéologiques

39 pH 7 39 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Propriétés rhéologiques

40 pH 7 40 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Propriétés rhéologiques

41 pH 7 41 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Propriétés rhéologiques

42 pH 7 42 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Propriétés rhéologiques

43 Comportement type élastomère ductile fragile pH 7 43 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Propriétés rhéologiques

44 Renforcement du module de Young 44 …Comparer le renforcement à N agg constant IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Propriétés rhéologiques N agg, ϕ si ϕ si

45 Correlation entre structure et renforcement (latex R) 45 Renforcement à nombre dagrégation constant IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives

46 => Domaine de rupture identifié et similaire à tous les pH => Existence dun optimum dénergie 46 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Correlation entre structure et renforcement (latex R)

47 Plan Introduction: Techniques expérimentales et état de lart Structure et rhéologie dans les nanocomposites silice-latex: Système silice-latex Structure silice(Φ si,pH) Renforcement(Φ si,pH) Chaînes marquées: cinétique - structure microscopique Conclusion et perspectives 47

48 Structure des chaînes Contraste moyen nul: Mélange H/D Latex H SB Latex H R Latex D SB IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives 48

49 Mélange H/D: Deux scénarios Latex H Latex D IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives 49

50 Contraste moyen nul (Mélange H/D) latex Rhodia Effacement de la silice => Silice effacée => Structure des chaînes non accessible IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives 50

51 Démixtion: Deux systèmes incompatibles Gonflement des régions H et D Echantillon sans silice IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Contraste moyen nul (Mélange H/D) latex Rhodia Effet du recuit 51

52 52 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Contraste moyen nul (Mélange H/D) latex Rhodia Variation du rayon pendant le recuit

53 53 La présence de la silice réduit la mobilité des chaînes IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Contraste moyen nul (Mélange H/D) latex Rhodia Variation du rayon pendant le recuit

54 Latex SB 54 => Silice effacée => Structure des chaînes non accessible Système : Latex H SB Latex D SB IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Contraste moyen nul (Mélange H/D) latex SB

55 Chaînes Gaussiennes ? 55 La structure évolue avec le recuit Les billes de latex en solution Film sans recuit Film après le 1 er recuit Film après le 2 nd recuit IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Evolution de la structure avec le recuit: latex SB

56 56 Cheveu R Coeur Chaîne libre P chaîne (q) : fonction de Debye (chaîne Gaussienne) P bille chevelue (q) : modèle de Pedersen cœur coquille IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Modélisation des structures intermédiaires pendant le recuit: latex SB 56 Théorème 50/50

57 57 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Modélisation des structures intermédiaires pendant le recuit: latex SB Le rayon de giration reste constant

58 R coeur Dissolution complète de la bille de latex Diminution du rayon en présence dune fraction élevée de silice ϕ Si faible ϕ Si élevée 58 Augmentation locale de T g, mobilité affectée à linterface (observée par RMN), établissement de ponts vitreux ( Berriot et al. 2002, Ramier, 2005 ) IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives La présence de la silice réduit la mobilité des chaînes Evolution des structures intermédiaires pendant le recuit: latex SB

59 Plan Introduction: Techniques expérimentales et état de lart Structure et rhéologie dans les nanocomposites silice-latex: Système silice-latex Structure silice(Φsi,pH) Renforcement(Φsi,pH) Chaînes marquées: cinétique - structure microscopique Conclusion et perspectives 59

60 Conclusion 60 IntroductionStructure et rhéologieStructure des chaînes Conclusion et perspectives Chaînes marquées: Silice effacée et cinétique dinterdiffusion durant le recuit modélisée Le rayon de giration est le même à ϕ si = 0 et ϕ si = 5 La présence de la silice réduit la mobilité des chaînes Structure: Contrôlable, digramme dagrégation établit Renforcement: Relation entre renforcement et fraction volumique à N agg constant Domaine de rupture identifié, Existence dun optimum dénergie

61 Perspectives Structure des chaînes dans différents environnements en prolongeant le recuit pour les hautes fractions volumiques de la silice. Structure de la silice et des chaînes sous déformation. Dynamique des chaînes en présence de nanoparticules. SystèmeStructure de la silice Rhéologie Structure des chaînes Conclusion 61

62 REMERCIEMENTS Tests rhéologiques Jean Marc Fromental Pascal Martinez Rémy Jelinek Sébastien Clément ILL Lionel Porcar LLB Jaques Jestin Fabrice Cousin 62 San Sebastian Ainara Imaz Jaqueline Forcada Microscopie UM2 Frank Godiard

63 10 %5 % 1 % Structure de la silice: TEM latex SB SystèmeStructure de la silice Rhéologie Structure des chaînes Conclusion 63


Télécharger ppt "Nanocomposites modèles silice-latex: Etude des propriétés rhéologiques et de la structure des charges et des chaînes par DNPA Mouna TATOU Laboratoire des."

Présentations similaires


Annonces Google