Bibliographie & annexes
Présentation
English
RÉSUMÉ
L'emploi d'émulsions concentrées comme génératrices de matériaux polymères microcellulaires à cellules ouvertes représente une alternative attractive aux méthodes traditionnelles de moussage. Les matériaux ainsi obtenus, connus sous l'acronyme de polyHIPE, font l'objet d'un vif intérêt de la part des chercheurs académiques et industriels, du fait de leur facilité de préparation et de leur potentiel élevé d'applications.
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Hervé DELEUZE : Ingénieur de l'École Centrale de Marseille - Enseignant-Chercheur à l'Université de Bordeaux. Institut des Sciences Moléculaires, UMR 5255
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Marc BIROT : Ingénieur de l'École Nationale Supérieure de Chimie de Strasbourg - Chercheur au CNRS. Institut des Sciences Moléculaires, UMR 5255
INTRODUCTION
Res matériaux cellulaires peuvent être définis comme étant des matériaux contenant des vides gazeux appelés cellules (ce terme dérive du latin cella qui signifie chambre), entourés par une matrice solide dense. Les matériaux cellulaires sont largement employés dans un grand nombre d'applications telles que l'isolation thermique et phonique, les absorbants de liquides et les structures à faible densité.
Selon leur composition, la morphologie des cellules et leurs propriétés physiques, les polymères cellulaires peuvent être considérés comme rigides ou flexibles. Selon la taille des cellules, les polymères cellulaires peuvent être classifiés comme macrocellulaires (>100 µm), microcellulaires (1 à 100 µm), ultramicrocellulaires (0,1 à 1 µm) ou nanocellulaires (0,1 à 100 nm).
Les matériaux cellulaires peuvent être distingués selon que leurs cellules sont ouvertes ou fermées. Dans les matériaux à cellules fermées, les vides sont isolés les uns des autres et les cavités sont entourées par une paroi continue de polymère. Dans les matériaux à cellules ouvertes, les parois sont percées par des ouvertures dont la taille peut être plus ou moins importante.
Les structures cellulaires sont très courantes dans la nature : le liège, le bois, les éponges et les coraux sont des exemples de telles structures. L'humanité a utilisé ces matériaux cellulaires naturels pendant des siècles et a récemment développé ses propres matériaux cellulaires de synthèse : les polymères sont les plus communs mais des techniques ont été développées afin de mettre en forme les métaux et les céramiques sous forme cellulaire. Les polymères cellulaires sont généralement préparés par moussage chimique ou physique. Dans ce cas, le contrôle de la taille des cellules et de leur morphologie est difficile à atteindre. De même qu'il est difficile d'obtenir des structures totalement interconnectées.
L'approche consistant à utiliser des émulsions hautement concentrées pour la préparation de polymères microcellulaires à porosité contrôlée totalement interconnectée peut donc représenter une alternative attractive pour de nombreuses applications. Les matériaux ainsi obtenus, connus sous l'acronyme de polyHIPE, font l'objet d'un vif intérêt de la part des chercheurs académiques et industriels du fait de leur facilité de préparation et de leur potentiel élevé d'applications.
AIBN
azobisisobutyronitrile
BET
théorie de Brunauer, Emmett et Teller
BPO
peroxyde de benzoyle
DVB
divinylbenzène
E/H
eau-dans-huile
H/E
huile-dans-eau
HIPE
High Internal Phase Emulsion
HLB
balance hydrophile-lipophile
KPS
persulfate de potassium
MEB
microscope électronique à balayage
MET
microscope électronique à transmission
MMT
montmorillonite
MWCN
nanotubes de carbone multifeuillets
polyHIPE
polymerized High Internal Phase Emulsion
PS
polystyrène
SWCN
nanotubes de carbone monofeuillets
VDA
(p-vinyl)benzyldiméthyldodécylammonium
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Présentation
Élaboration de matériaux polyHIPE à structure complexe
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2. Génération de la porosité grâce aux émulsions hautement concentrées
2.1 Obtention d'émulsions hautement concentrées
Une émulsion est considérée comme hautement concentrée lorsque le volume de la phase interne (Φ) représente plus de 74 % du volume total. Ce seuil correspond au volume maximal occupé par des gouttes d'eau sphériques uniformes et rangées de telle sorte qu'elles ne subissent pas de déformation. Au-delà de 74 %, les gouttes se déforment pour occuper le plus d'espace possible. Ces émulsions concentrées sont par la suite nommées selon leur acronyme anglais de HIPE (High Internal Phase Emulsion).
Lissant fut l'un des premier auteurs à décrire les structures et les propriétés des HIPE dans une ouvrage devenu classique dans le domaine .
Les HIPE sont obtenues en mélangeant deux liquides immiscibles en présence d'un tensioactif. L'un des liquides est presque toujours une solution aqueuse, et l'autre est généralement hydrophobe. La phase majoritaire est habituellement additionnée lentement, sous agitation constante, à la solution contenant la phase minoritaire et le tensioactif. La vitesse et le temps d'agitation ont un effet marqué sur la structure des HIPE. Une augmentation de stabilité est observée avec l'augmentation de la viscosité. A très haute viscosité, il devient difficile de disperser des fractions supplémentaires de phase interne. Un système de gouttes initialement polydispersé devient monodispersé avec l'augmentation du temps d'agitation. Cependant, cette réduction en polydispersité rend la HIPE plus visqueuse et plus difficile à mélanger.
Les HIPE sont des émulsions hautement visqueuses, pâteuses, dans lesquelles la phase interne est largement majoritaire en volume (généralement entre 70 et 90 %).
Un exemple bien connu de HIPE est la mayonnaise. Dans la mayonnaise, la phase interne, majoritaire est une huile végétale qui est émulsifiée dans la phase continue, minoritaire constituée de vinaigre, la lécithine contenu dans le jaune d'œuf jouant le rôle de tensioactif.
Les HIPE ont une forte tendance à l'inversion, conduisant à une émulsion diluée. Il n'existe que quelques tensioactifs susceptibles...
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Génération de la porosité grâce aux émulsions hautement concentrées
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BECHER (P.) - Emulsions Theory and Practice 3rd Ed - Oxford University Press, N. Y., (2001).
-
(2) - LISSANT (K.J.) - Emulsions and Emulsions Technology - Surfactant Science series, vol 6, M. Dekker, N.Y., (1974).
-
(3) - WILLIAMS (J.M.) - High internal phase water-in-oil emulsions: influence of surfactants and cosurfactants on emulsion stability and foam quality - Langmuir, 1991, 7, 1370-1377.
-
(4) - WILLIAMS (J.M.), GRAY (A.J.), et WILKERSON (M.H.) - Emulsion stability and rigid foams from styrene or divinylbenzene water-in-oil emulsions - Langmuir, 1990, 6, 437-444.
-
(5) - WILLIAMS (J.M.), et WROBLESKI (D.A.) - Spatial distribution of the phases in water-in-oil emulsions. Open and closed microcellular foams from cross-linked polystyrene - Langmuir, 1988, 4, 656-662.
-
(6) - WILLIAMS (J.M.) - Toroidal...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Espacenet : recherche sur les brevets
[fr.espacenet.com]
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Laboraboires (liste non exhaustive)
Institut des Sciences Moléculaires, UMR 5255 CNRS http://www.ism.u-bordeaux1.fr/spip.php?article387
Centre de Recherche Paul Pascal UPR 8641 CNRS http://www.crpp-bordeaux.cnrs.fr
Imperial College, London UK http://www3.imperial.ac.uk/polymersandcompositesengineering
University of Maribor, Slovénie https://www.um.si/en/Pages/default.aspx
Technion-Israel Institute of Technology, Israel https://www.technion.ac.il/en/home-2/
University of Durham, UK http://www.dur.ac.uk/n.r.cameron
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