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RÉSUMÉ
La cellulose se présente sous la forme de microfibrilles cristallines possédant des propriétés physiques axiales proches de celles du cristal parfait. Des suspensions aqueuses de nanocristaux peuvent être préparées par hydrolyse acide du substrat. Les nanocristaux résultants sont composés de particules en bâtonnets, ou whiskers, dont les dimensions dépendent de la nature du substrat. Ils peuvent être utilisés pour préparer des nanocomposites à matrice polymère. La formation d'un réseau rigide, résultant d'interactions fortes entre whiskers, est gouvernée par un mécanisme de percolation. Ce réseau obtenu par liaisons hydrogène conduit à un effet de renfort exceptionnel et à la stabilisation thermique du composite. Hormis des applications pratiques, l'étude de ces matériaux nanocomposites peut aider à la compréhension de certaines propriétés physiques comme les phénomènes de percolation géométrique et mécanique.
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Cellulose appears in the form of crystalline microfibrils having axial physical properties close to those of the perfect crystal. Aqueous suspensions of nanocrystals may be prepared by the acid hydrolysis of the substrate. The resulting nanocrystals are composed of rod-shaped particles, or whiskers, whose dimensions depend on the nature of the substrate. They can be used in order to prepare nanocomposites with a polymer matrix. The formation of a rigid network, resulting from strong interactions between whiskers, is governed by a percolation mechanism. The network produced by hydrogen bonding induces an exceptional reinforcing effect and the thermal stabilization of the composite. Apart from practical applications, the study of these nanocomposite materials can help to understand certain physical properties such as phenomena of geometric and mechanical percolation.
Auteur(s)
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Alain Dufresne : Professeur à l’Institut polytechnique de Grenoble, travaille au laboratoire de génie des procédés papetiers (LGP2 - UMR CNRS 5518) de l’École internationale du papier, de la communication imprimée et des biomatériaux (Pagora)
INTRODUCTION
La cellulose se présente sous la forme de microfibrilles cristallines présentant des propriétés physiques axiales proches de celles du cristal parfait. Des suspensions aqueuses de nanocristaux peuvent être préparées par hydrolyse acide du substrat. Les nanocristaux résultants se présentent sous forme de particules en bâtonnets ou whiskers, dont les dimensions dépendent de la nature du substrat (longueur typique de l’ordre de 100 nm et diamètre entre 5 et 20 nm). Ils peuvent être utilisés pour préparer des nanocomposites à matrice polymère. La formation d’un réseau rigide, résultant d’interactions fortes entre whiskers, est gouverné par un mécanisme de percolation. Ce réseau obtenu par liaisons hydrogène conduit à un effet de renfort exceptionnel et à la stabilisation thermique du composite. Hormis des applications pratiques, l’étude de ces matériaux nanocomposites peut aider à la compréhension de certaines propriétés physiques comme les phénomènes de percolation géométrique et mécanique.
Cellulose occurs as crystalline microfibrils that have axial physical properties approaching those of perfect crystals. Aqueous suspensions of such nanocrystals can be prepared by acid hydrolysis of the substrate. The resulting nanocrystals occur as rod-like particles or whiskers, which dimensions depend on the nature of the substrate (typical length around 100 nm and diameter ranging between 5 and 20 nm).They can be used to prepare polymer nanocomposites. The formation of a rigid network, resulting from strong interactions between whiskers, is governed by a percolation mechanism. This hydrogen-bonded network induced a huge reinforcing effect and the thermal stabilization of the composite. In addition to some practical applications, the study of these nanocomposite materials can help to understand some physical properties as geometric and mechanical percolation effect.
Cellulose, nanocomposites, whiskers, nanocristaux, microfibrilles
Cellulose, nanocomposites, whiskers, nanocrystals, microfibrils
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Propriétés barrières10. Propriétés de gonflement
Le processus de gonflement et sa cinétique renseignent sur la capacité d’un polymère linéaire ou ramifié à se dissoudre, ou d’un polymère réticulé à être gonflé. L’interaction des matériaux polymères avec les solvants est un problème important du point de vue académique et technologique. La masse et les dimensions des systèmes polymères peuvent varier suite à la pénétration du solvant dans l’échantillon gonflé.
Pour les matériaux composites, le gonflement est une méthode couramment utilisée pour déterminer si la charge introduit des nœuds de réticulation supplémentaires dus à des interactions spécifiques entre la charge et la matrice. Le choix du solvant est crucial. Il doit être un bon solvant de la matrice pour permettre son gonflement ou sa dissolution, sans pour cela briser les éventuelles liaisons entre matrice et charge. Si cette dernière condition n’est pas respectée, les expériences ne sont pas décisives.
La cinétique d’absorption consiste généralement à suivre l’évolution de la masse de l’échantillon immergé dans le solvant liquide ou exposé au milieu sous forme de vapeur en fonction du temps. Généralement, le comportement aux temps courts montre un phénomène d’absorption rapide tandis que pour les temps plus longs, la cinétique d’absorption est faible et atteint un plateau correspondant à la prise en solvant à l’équilibre. Le coefficient de diffusion peut être déterminé à partir de la pente initiale de la courbe de prise en solvant en fonction du temps. Les détails du calcul peuvent être trouvés dans .
10.1 Absorption d’eau
Anglès et Dufresne dans et Lu et al. dans ...
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