Etude de la morphologie, des propriétés et de la durabilité de nanocomposites à base de polyamide-11/halloysite

par Mohamed Sahnoune

Thèse de doctorat en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de José-Marie Lopez-Cuesta et de Mustapha Kaci.

Soutenue le 13-12-2016

à Montpellier en cotutelle avec l'Université A. Mira (Bejaïa, Algérie) , dans le cadre de Sciences Chimiques Balard , en partenariat avec Centre des Matériaux des Mines d'Alès (Alès) (laboratoire) .

Le président du jury était Djafer Benachour.

Le jury était composé de José-Marie Lopez-Cuesta, Mustapha Kaci, Stéphane Bruzaud, Jean-Jacques Robin, Aida Benhamida.

Les rapporteurs étaient Stéphane Bruzaud.


  • Résumé

    La thèse porte sur l’étude des propriétés et de la durabilité de différents systèmes nanocomposites à base de polyamide-11 (PA11) et d’halloysite algérienne. La première partie est consacrée à l’évaluation du potentiel comme nanocharge de l’halloysite algérienne, en la comparant à une autre commerciale, et ce à travers l’étude de nanocomposites PA11/halloysite préparés par voie fondue. Au vu des différentes techniques utilisées, les résultats révèlent le plein potentiel de l’halloysite algérienne avec des améliorations à la fois des propriétés thermiques et mécaniques après incorporation de la nanocharge. La seconde s’intéresse à l’utilisation de l’halloysite, après fonctionnalisation, comme agent compatibilisant dans des mélanges de polymères à base de PA11. Deux fonctionnalisations ont été testées avec succès, via greffage en surface de chaînes de P(S-co-MAPC1(OH)2) et de SEBS. L’incorporation de ces deux halloysites modifiées dans des mélanges PS/PA11 et PA11/SEBS-g-MA, respectivement, a permis d’obtenir des systèmes ternaires ou l’halloysite modifiée joue le rôle de compatibilisant en se plaçant à l’interface. La troisième et dernière partie du travail se concentre sur la durabilité des nanocomposites PA11/halloysite. D’abord, l’impact de l’halloysite jusqu’à 6 semaines d’immersion, sur la cinétique du vieillissement hygrothermique a été étudié, ainsi que les effets de ce vieillissement sur la morphologie et les propriétés des échantillons. L’étude révèle que l’halloysite augmente la sorption en eau tout en retardant sa diffusion dans le PA11 du fait de la tortuosité induite par sa présence. Une évolution de l'aspect extérieur du matériau est observée avec une diminution des propriétés mécaniques du PA11. Enfin, l’étude de la réaction au feu de nanocomposites PA11/halloysite avec et sans présence de retardateurs de flamme phosphorés a mis en évidence l’effet inhibiteur de l’halloysite après sa fonctionnalisation avec de l’acide méthylphosphonique. Les résultats montrent qu’à taux d’incorporation comparable, l’halloysite modifiée possède un meilleur effet sur le comportement au feu que le polyphosphate d’ammonium ou l’halloysite brute.

  • Titre traduit

    Study of the morpholgy, the propreties and the durability of polyamide-11/ halloysite based nanocomposites


  • Résumé

    The thesis is on the study of the properties and the sustainability of different nanocomposites systems based on polyamide-11 (PA11) and Algerian halloysite. The first part is devoted to the assessment of the potential as nanofiller of the Algerian halloysite by comparing it to another commercial one, through the study of PA11/halloysite nanocomposites prepared by melt mixing. In view of the different techniques, the results show the full potential of the Algerian halloysite with improvements in both thermal and mechanical properties after incorporation of the nanocharge. The second focuses on the use of halloysite, after functionalization, as compatibilisant agent in PA11 based polymers blends. Two functionalizations have been tested successfully via grafting on the surface of P(S-co-MAPC1(OH)2) and SEBS chains. The incorporation of these two modified halloysites in PS/PA11 and PA11/SEBS-g-MA, blends, respectively, led to ternary systems where the modified halloysite plays the role of compatibilizing agent by its localization at the interface. The third and final part of the work focuses on the sustainability of the PA11/halloysite nanocomposites. First, the impact of halloysite up to 6 weeks of immersion on the kinetics of the hygrothermal aging has been studied, as well as the effects of aging on the morphology and properties of samples. The study reveals that halloysite increases water sorption while delaying its diffusion in the PA11 due to the tortuosity induced by its presence. An evolution of the outward appearance of the material is observed with a decrease of the mechanical properties of the PA11. Finally, the study of the fire reaction of the PA11/halloysite nanocomposites with and without presence of phosphorus flame retardants has highlighted the inhibitory effect of halloysite after its functionalization with methylphosphonic acid. The results show that at comparable incorporation rate, the modified halloysite has a better effect on the fire behavior than ammonium polyphosphate or raw halloysite.


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