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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3. Propriétés des films multi-nanocouches
Les améliorations de propriétés observées dans certains cas pour ces systèmes multi-nanocouches proviennent de phénomènes physiques souvent complexes, liés à des mécanismes de confinement et/ou interfaciaux. Il est connu que le fait de forcer les polymères à évoluer dans un espace confiné (ici, les nanocouches) entraîne des modifications de leur comportement. Par exemple, la mobilité des chaînes dans la phase amorphe est modifiée, conduisant à des variations de la température de transition vitreuse. De même, l’espace confiné modifie les mécanismes de cristallisation, empêchant une croissance isotrope des sphérolites et induisant une orientation préférentielle. Ces phénomènes dépendent dans une large mesure des polymères utilisés, de leurs propriétés intrinsèques en premier lieu, mais également de leur compatibilité et donc de la présence d’une interphase (zone intermédiaire entre les deux polymères en contact, présentant des caractéristiques spécifiques et différentes de celles des deux polymères en présence) plus ou moins épaisse, qui peut éventuellement avoir un impact sur les propriétés finales de la structure. Il ressort donc qu’il n’y a aucune règle générale concernant ces améliorations de propriétés, qui doivent être étudiées au cas par cas.
3.1 Propriétés optiques
Les propriétés optiques intéressantes qu’offrent les structures multicouches ont été signalées très tôt par Schrenk et Alfrey . En effet, en contrôlant l’épaisseur de chaque couche, ainsi que l’indice de réfraction des deux polymères formant le multicouche, il est possible de contrôler, à façon, le spectre de réfraction du film. En particulier, des films ayant un fort pouvoir iridescent et une apparence métallique ont été fabriqués en combinant du PS et du PMMA. Des cristaux photoniques unidimensionnels, avec des bandes de réflexion adaptables et...
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Propriétés des films multi-nanocouches
BIBLIOGRAPHIE
-
(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.
-
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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