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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
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Propriétés mécaniques8. Propriétés thermiques des nanocomposites polymères renforcés par des whiskers de cellulose
La caractérisation des propriétés thermiques des matériaux est importante pour déterminer la gamme de température de mise en œuvre et d’utilisation. Les principales caractéristiques thermiques des systèmes polymères sont la transition vitreuse, le point de fusion et la stabilité thermique.
8.1 Transition vitreuse
La température de transition vitreuse Tg est un paramètre important qui contrôle différentes propriétés du matériau comme son comportement mécanique, la dynamique des chaînes de la matrice et le comportement au gonflement. La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et l’analyse mécanique dynamique (DMA) peuvent être utilisées pour évaluer Tg. En DMA, c’est un processus de relaxation, et non une transition, qui se manifeste dans cette gamme de température. La position en température de ce processus de relaxation, Tα, dépend de Tg, de la fréquence de la mesure et de l’amplitude du saut de module associé à Tg (effet de couplage mécanique). Sa valeur peut être assimilée à la température au maximum du pic du facteur de friction interne tan ô = E′′/E′ ou du module de perte E′′, où E′ correspond au module de conservation. La DMA peut être un outil puissant pour estimer Tg au moyen des valeurs de Tα pour les polymères semi-cristallins pour lesquels l’incrément de chaleur spécifique à la transition vitreuse mesurée par DSC est généralement mal défini.
Pour les composites chargés avec des whiskers de tunicine, aucune modification de la valeur de Tg n’est généralement observée lorsque le taux de whiskers augmente ...
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