Modification de surface de particules de talc par de la silice nanométrique hydrophobe (par enrobage à sec) : influence sur leurs propriétés physico-chimiques et leur dispersibilité dans une phase aqueuse

par Guillaume Lefebvre

Thèse de doctorat en Génie des Procédés et de l'Environnement

Sous la direction de Laurence Galet.

Soutenue le 14-12-2010

à Toulouse, INPT.


  • Résumé

    Les solides divisés, ou poudres, sont très utilisés dans de nombreux secteurs industriels. Dans l'industrie pharmaceutique les poudres peuvent être granulées et/ou comprimées pour la mise en oeuvre de formes galéniques solides et elles peuvent également être dispersées pour formuler des suspensions buvables par exemple. En cosmétique, le mélange des poudres ou la mise en suspension sont des étapes cruciales pour certains produits. Le secteur agro-alimentaire génère et formule de nombreux produits sous la forme de solides divisés. Dans le domaine des peintures, la dispersion des pigments dans la phase liquide est primordiale. Dans ces différents cas, les interactions interfaciales solide-solide et solide-liquide régissent très fortement les différents procédés industriels. C'est le cas de la dispersion d'une poudre dans un liquide qui est fortement influencée par l'énergie interfaciale entre la poudre et le liquide, composante directement liée à la tension de surface du liquide et l'énergie de surface de la poudre par l'intermédiaire de l'angle de contact (équation de Young). Dans cette étude, la dispersion de talc, hydrophobe, largement utilisé dans l'industrie notamment papetière, est étudiée dans une phase aqueuse. Afin de modifier les interactions solide-liquide (et solide-solide), la surface du talc est modifiée par enrobage à sec avec de la silice nanométrique hydrophobe (Aérosil® R972). Pour cela, deux dispositifs d'enrobage ont été utilisés : un mélangeur à haut cisaillement (Cyclomix®) et un broyeur à billes planétaire (BBP). L'objectif de ce travail est d'étudier l'influence des modifications des interactions solide-liquide sur la dispersibilité des particules. Les modifications de surface des particules enrobées ont été analysées par la méthode de la goutte posée, par montée capillaire, par chromatographie gazeuse inverse (CGI) et par sorption dynamique de vapeur (DVS). Ces modifications ont ensuite été mises en parallèle avec la vitesse de dispersion des particules dans l'eau. Des relations ont été établies entre la vitesse de dispersion des particules et le travail d'adhésion particules / eau. En plus des interactions solide-liquide, le passage dans les appareils d'enrobage modifie d'autres paramètres du talc comme sa densité, sa rhéologie, sa flottabilité etc., autant de paramètres modifiant également sa dispersibilité. Enfin, la puissance d'agitation de la phase aqueuse est un paramètre également étudié.

  • Titre traduit

    Surface modification of talc particles by dry coating with fumed hydrophobic nano-silica : study of the effect on their wettability and dispersibility


  • Résumé

    Powder technology concerns the phenomena encountered in industrial processes involving divided solids. Such processes are found in the pharmaceutical, cosmetics, and food industries (where many products are based on powders; tablets, granules, suspensions), and in the paint industry where solid pigments are dispersed in liquids. In particular this thesis examines the dispersion of powders in liquids which depends strongly on the interactions between solids and liquids and can be assessed by the solid-liquid interfacial energy. This energy is directly linked to the surface tension of the liquid and the surface energy of the solid through the contact angle in the Young equation. The contact angle is used to calculate the work of adhesion between a powder and a liquid and characterises the wettability of the powder. Talc powder, mainly used in paper industry, is used in this study. The surface of talc powder has been modified by dry coating with hydrophobic nano-silica (Aerosil® R972) using two different devices: a high shear mixer (Cyclomix®), and a planetary ball mill. The aim being to observe the effect of surface modification on the wettability and surface energy of coated talc particles and the effect of these surface energy changes on the dispersability of particles. Different parameters have been considered: the concentration of hydrophobic silica, the duration of processing without silica and with 3 % silica. Surface modifications have been assessed using the sessile drop method, capillary rise, inverse gas chromatography (IGC) and dynamic vapour sorption (DVS). This study shows that not only the surface wettability is modified by the treatment of particles in the coating devices, but also their physical characteristics such as their bulk density, their rheology, their buoyancy and thus their dispersibility. Finally, a study is made of the effect the stirring power of the aqueous phase on the dispersibality of talc powders coated with different concentrations hydrophobic silica.

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