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Thèse : Nano-hybrides élastomères à propriétés contrôlées par fonctionnalisation spécifique d’une argile de type sépiolite : renfort et couleur

Nicolas Volle

à 9h en salle de séminaire - Bâtiment Chimie Recherche - RdC

Ce travail de thèse concerne l’utilisation des propriétés spécifiques et le potentiel d’une argile naturelle fibreuse microporeuse : la sépiolite, dans l’élaboration de nano-hybrides élastomères à base de polyacrylate d’hydroxyéthyle (PHEA). La modification sélective des sites actifs des surfaces de cette charge est réalisée après avoir isolé les fibres par une technique ultrasonique en champ proche. L’accès aux groupements Mg(OH2)2 et SiOH de la sépiolite est alors plus aisé. La stabilité de la structure de l’argile est vérifiée par des analyses structurales et physico-chimiques. Suite à une fonctionnalisation sélective de ces surfaces, nous avons mis en place une démarche permettant d’identifier, d’expliquer et de contrôler l’origine des propriétés finales (mécaniques, thermiques, optiques et colorimétriques) de ces nanocomposites hybrides modèles. La modulation des interactions charges/matrices par greffage sélectif a permis d’une part de déterminer la nature et le rôle des liaisons entre les chaînes de l’acrylate et la surface des particules d’argile et d’autre part d’obtenir des propriétés optimisées et adaptables pour de faibles taux de charges. Les interactions Mg(OH2)2 / HEA et Mg(OH2)2 / PHEA ont une influence directe sur la dispersion des fibres. Tandis que pour une même dispersion et distribution de fibres, les interactions entre les silanols et le PHEA influent sur les propriétés de renfort. Une bonne maîtrise du procédé et de la chimie des surfaces de la sépiolite permet d’élaborer un nanomatériau avec des propriétés prédéterminées. Par exemple, il est possible de décliner une gamme de nanocomposites hybrides organiques-inorganiques-organiques multi-échelles et multifonctionnels à partir du pigment Bleu Maya i.e. indigo incorporé dans les micropores de la sépiolite. Nous avons vérifié la stabilité de ce pigment naturel dans le HEA et le PHEA. Une validation industrielle a mis en évidence la capacité de ces pigments à être formulés dans des peintures et à supporter un vieillissement accéléré par rayonnements UV. Le défi de pouvoir utiliser le Bleu Maya comme une charge renforçante dans différentes matrices a été relevé grâce au contrôle du greffage des surfaces de ce nano-pigment.

Mots-clés

Fluides & Matériaux Complexes