Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Cet article se propose de faire le point sur le procédé de coextrusion multi-nanocouche, qui permet de combiner deux (voire plus) polymères sous la forme d’un nombre élevé de couches fines alternées. Les différentes approches possibles pour fabriquer et caractériser de telles structures multi-nanocouches, ainsi que les différents outils commerciaux existants, sont présentés. Enfin, il est montré que cette nanostratification peut conduire, dans certains cas, à des améliorations de propriétés découlant de phénomènes de confinement et/ou interfaciaux.
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Cyrille SOLLOGOUB : Docteur de l’École des Mines de Paris - Maître de Conférences au Conservatoire National des Arts Métiers (CNAM) - Chercheur au Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux (PIMM), UMR Arts et Métiers ParisTech, CNRS, CNAM
INTRODUCTION
La coextrusion est un procédé largement utilisé dans l’industrie qui consiste à combiner avantageusement les propriétés de plusieurs polymères en les associant sous forme de couches superposées. Dans ce procédé de coextrusion conventionnel, le nombre de couches de l’objet final (films, plaques, feuilles, profilés, tubes) est compris entre 2 et 11. Une évolution de ce procédé consiste à utiliser des dispositifs permettant une augmentation considérable des couches, leur nombre pouvant alors atteindre quelques centaines voire milliers de couches. Pour une composition donnée et une épaisseur de l’objet final fixée, une augmentation du nombre de couches s’accompagne d’une réduction de leur épaisseur qui peut atteindre théoriquement, lorsque le nombre de couches est très élevé, l’échelle nanométrique.
Des travaux ont montré que le film multi-nanocouche ainsi formé peut présenter des propriétés finales remarquables, engendrées par des phénomènes de confinement et/ou interfaciaux. Il peut donc y avoir un intérêt majeur à atteindre l’échelle nanométrique pour l’épaisseur de ces couches. Ce procédé, issu du monde industriel puis largement étudié dans le milieu académique depuis plusieurs décennies, commence à donner lieu à des applications industrielles. Les propriétés améliorées qui découlent de cette structure multicouche offrent en effet des potentialités intéressantes pour la fabrication de matériaux innovants à propriétés spécifiques et devant répondre à un cahier des charges de plus en plus strict. Le but de cet article consiste à présenter l’intérêt des structures multi-nanocouches et le principe des dispositifs permettant leur fabrication. On s’attachera à montrer les potentialités du procédé en termes d’amélioration de propriétés ainsi que ses limites.
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Approches pour la fabrication des systèmes multi-nanocouches
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5. Conclusion
Le procédé de coextrusion multi-nanocouche permet de combiner plusieurs polymères sous la forme d’un nombre très élevé de couches alternées (jusqu’à plusieurs milliers). Cette augmentation du nombre de couches s’accompagne d’une réduction de l’épaisseur individuelle de chaque couche, qui peut, moyennant une bonne maîtrise des écoulements dans le procédé, atteindre l’échelle nanométrique. De nombreux travaux ont montré que cette nanostratification pouvait conduire, dans certains cas, à des améliorations substantielles de propriétés, bien au-delà des prédictions des lois de mélange, liées à des phénomènes complexes interfaciaux et/ou de confinement, et donc de modification du comportement des polymères.
Du fait de ces améliorations de propriétés, ce procédé a rencontré dès le début un écho favorable dans le monde industriel, qui se traduit par un besoin permanent de développer des outils permettant cette réduction de l’épaisseur des couches. Si aujourd’hui quelques outils sont commercialisés, le nombre d’applications faisant intervenir des structures multi-nanocouches reste encore limité. Cela s’explique en partie par la difficulté à obtenir, aux échelles industrielles, une structure homogène et continue contenant des couches nanométriques, pour lesquelles les améliorations de propriété sont les plus remarquables. Un effort de recherche doit être entrepris pour mieux maîtriser les paramètres physico-chimiques et procédés gouvernant cette régularité et homogénéité aux très faibles épaisseurs (quelques nanomètres).
Malgré cela, la grande variété des propriétés (optiques, mécaniques, barrière, diélectriques) et des applications explorées et présentées dans cet article promet un grand avenir industriel à ce procédé.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SCHRENK (W.J.) - Method for Multilayer Coextrusion, - U.S. Pat. # 3773882 (1973).
-
(2) - TOLLAR (J.E.) - Interfacial surface generator, - U.S. Pat. # 3239197 (1966).
-
(3) - SCHRENK (W.J.), SHASTRI (R.K.), AYERS (R.E.) - Interfacial surface generator, - U.S. Patent # 5094788 (1992).
-
(4) - Technologie de Multiplication des Couches (TMC) de EDI® - * - (Source : http://www.nordson.com/fr-FR/divisions/polymer-processing-systems/products/feedblocks-co-extrusion/layer-multiplication-technology-lmt).
-
(5) - DOOLEY (J.), ROBACKI (J.), JENKINS (S.), WRISLEY (R.), LEE (P.C.) - Development of Microlayer Blown Film Technology by Combining Film Die and Layer Multiplication Concepts, - Polymer Engineering & Science, 56 (5) : p. 598-604 (2016).
-
(6) - SCHIRMER (H.G.) - Layer...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Extrusion de film à plat : cast film.
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Coextrusion de feuilles et plaques.
ANNEXES
Filière NanolayerTM de Cloeren Incorporated :
Technologie de multiplication des couches EDI :
HAUT DE PAGE
Sluijters, R., Mixing Apparatus. 1962. US 3051453.
Tollar, J.E., Interfacial surface generator. 1966. US 3239197 A.
Schrenk, W. J., Method for Multilayer Coextrusion, US 3773882.
Schrenk W.J., Shastri R.K., Ayres R.F.., Gosen D.J., Interfacial surface generator, US 5094788 A.
Cloeren P.F., Method and apparatus for orienting layers in multilayered composites, EP 1507641 A1.
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