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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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Nanocomposites lamellaires à matrice époxyde
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4. Nanocomposites lamellaires à base de polyester
Cet paragraphe décrit les différentes stratégies d’obtention de nanocomposites lamellaires à base de PET ou poly (éthylène téréphtalate) ainsi que leurs propriétés et les domaines d’applications directement visés.
Le PET est un polyester thermoplastique semi-cristallin qui s’est d’abord développé dans l’industrie du textile et de l’automobile sous la forme de fils et de fibres avant de se développer dans l’industrie de l’emballage alimentaire sous la forme de films ou de corps creux de type bouteille, où le PET a progressivement remplacé le verre et le PCV dans le conditionnement de l’eau minérale et des boissons carbonatées pour devenir aujourd’hui pratiquement le seul polymère utilisé sur ce marché. La forte croissance de ce polymère de « commodité » s’explique par ses excellentes qualités intrinsèques, à savoir la transparence, l’absence de coloration, ses très bonnes propriétés thermomécaniques et barrière aux gaz sans oublier son aptitude à la cristallisation sous étirage qui permet de transformer des préformes amorphes en bouteilles semi-cristallines.
L’étude de l’incorporation de nanocharges lamellaires dans le PET a débuté plus tardivement, dans les années 1990. Les nanocharges lamellaires peuvent, selon leur quantité (0,5 à 5 % massique), leur nature et leur état de dispersion, apporter au PET de nouvelles propriétés (imperméabilité plus efficace aux gaz, rigidité, stabilité thermique, tenue mécanique en température) pour l’amener sur des marchés émergents. Parmi les nouvelles propriétés offertes par les nanocharges lamellaires, la diminution de la perméabilité au CO2 et à O2 est actuellement recherchée pour le conditionnement de longue durée de produits alimentaires sensibles à l’oxygène et à la perte de dioxyde de carbone comme la bière, le vin ou les produits à base de tomates, notamment le ketchup .
Dans ce paragraphe sera...
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Nanocomposites lamellaires à base de polyester
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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