Structuration of nano-objects in epoxy-based polymer systems : nanoparticles & nanoclusters for improved fire retardant properties

par Elsa Franchini

Thèse de doctorat en Matériaux polymères et composites

Sous la direction de Jean-François Gérard et de Jocelyne Galy.

Soutenue en 2008

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    Il a été montré récemment que l’ajout de particules nanométriques au sein d’un matériau polymère pouvait conduire à une meilleure résistance au feu, tout en préservant les propriétés mécaniques du matériau de base. Cette nouvelle voie d’ignifugation constituerait par ailleurs une approche plus respectueuse de l’environnement, et une bonne alternative à l’utilisation traditionnelle d’additifs bromés très toxiques. Un des paramètres clé dans de tels matériaux, afin d’obtenir d’intéressantes propriétés feu, semble être l’état de dispersion et l’organisation des nano-objects au sein de la matrice. L’objectif de cette thèse est donc d’introduire dans une matrice epoxy différents types de nano-objets. L’idée générale est de contrôler l’état de dispersion de différents nano-objects au sein d’une matrice epoxy et d’étudier l’influence de ce paramètre sur les morphologies et propriétés générées. Deux types de nanoparticules à haut facteurs de forme ont été étudiées: la sépiolite et les nanotubes de carbone. Un deuxième type de nano-objet a aussi été étudié : les clusters POSS qui ont une structure hybride organique/inorganique. Le premier travail de cette thèse a été de comprendre les phénomènes qui peuvent intervenir lors de la mise en œuvre de tels matériaux, afin de faire ressortir les paramètres clé qui permettent le contrôle de l’état de dispersion des nano-objets au sein de la matrice, et ce, afin de contrôler la nanostructuration développée. Dans une deuxième partie, les morphologies générées ont été étudiées et mises en relation avec les propriétés générales des matériaux ainsi structurés et plus particulièrement avec les propriétés de résistance au feu des matériaux.

  • Titre traduit

    Structuration de nano-objets dans un système polymère de type epoxy-amine: Nanoparticules et nanoclusters pour applications anti-feu


  • Résumé

    Over the last few years, nano-structured materials have shown themselves to be of great interest for flame retardancy, particularly owing to their reduced environmental impact and possible simultaneous enhancement of the mechanical properties. The introduction of nano-objects into a polymer matrix has proven to be efficient in certain circumstances. The key factor in such material seems to be the dispersion and organization of the nano-objects within the matrix. However, dispersing inorganic nanofillers into an organic polymer remains the main problem. Therefore, the purpose of this study is to process epoxy-based nanostructured materials processed with different types of nano-objects. The general idea is being able to both control the dispersion state of nanoparticles and investigate the influence on the morphologies and properties achieved. High aspect ratio nanoparticles with distinct intrinsic properties were considered : sepiolite, a highly hydrophilic magnesium silicate that is known for its high sorbent capacity, and carbon nanotubes. On the other hand, another type of nano-objects were also investigated: metal oxo POSS nanoclusters, that exhibit a hybrid organic/inorganic structure. The first part of the present work was to understand the phenomena involved in the processing of nano-structured materials, in order to clarify the key factors controlling the nano-object dispersion state, and influencing the resulting nano-structuration. The second part focused on the study of the generated morphologies, and their influence on the resulting properties, particularly on the fire retardancy.

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  • Détails : 1 vol. (259 p.)
  • Annexes : Bibliogr. à la fin de chaque chapitre

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3332)

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