Développement de mélanges de polymères avec la synthèse in situ d’une phase polyimide par extrusion réactive

Development of polymer blends with the in situ synthesis of a polyimide dispersed phase by reactive extrusion

• Auteur / Autrice : Charlotte Dubois
• Direction : Véronique Bounor, Catherine Marestin, Philippe Cassagnau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie des matériaux polymères
• Date : Soutenance le 22/07/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : René Fulchiron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Bounor, Catherine Marestin, Philippe Cassagnau, Vincent Berthé, Michel Bouquey, Anne Bergeret, Baptiste Voillequin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Berthé, Michel Bouquey

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyimides

Composites polymères

Extrusion réactive

Alliages de polymères

Mots clés libres

Mélanges de polymères

Extrusion réactive

Polyimide

Renforcement mécanique

Relations structure/propriété

Polymer blends

Reactive extrusion

Polyimide

Mechanical reinforcement

Structure/property relationship

Résumé

Ce travail de recherche a porté sur l'élaboration de mélanges polymères à partir de la synthèse in situ d'une phase polyimide dispersée dans plusieurs matrices polymères par extrusion réactive. Des monomères dianhydride et diamine commerciaux ont été dispersés dans des matrices fondues polypropylène, polyamide et un caoutchouc éthylène-propylène-diène monomère dans une extrudeuse bi-vis. Une étude cinétique a montré que la réaction d'imidization du système polyimide choisi est très rapide à température élevée (< 30s) et est compatible avec les courts temps de séjour de l’extrusion. La dispersion des nodules de polyimide dans les matrices polymères était très fine pour tous les mélanges, avec des diamètres de nodules allant de 80 à 250 nm. Cette dispersion a été stabilisée par la création de copolymères à l'interface, qui a été mis en évidence par des études de RMN 13C dans le cas des mélanges polyamide/polyimide. L'extrusion réactive permet la combinaison unique de la synthèse in situ et de la compatibilisation in situ et s'est avérée plus efficace pour le contrôle de la structure et de la morphologie par rapport au simple mélange à chaud. Les propriétés mécaniques, thermiques et rhéologiques des mélanges ont été étudiées en profondeur, afin de comprendre le renforcement apporté par la phase polyimide dispersée. L’étude de la cristallinité des matériaux a également été réalisée, afin de comprendre les modifications macroscopiques et d'établir des relations structure-propriété.

The objective of this research work was the elaboration of polymeric blends from the in situ synthesis of a polyimide dispersed phase in several polymer matrices by reactive extrusion. Commercial dianhydride and diamine monomers were dispersed in molten polypropylene, polyamides and ethylene-propylene-diene monomer rubber in a twin-screw extruder. A kinetic study showed that the imidization reaction of the chosen polyimide system is very fast at elevated temperatures (< 30s) and is compatible with extrusion and the short residence times. The dispersion of polyimide nodules in the polymer matrices was very fine for all blends, with nodules diameters between 80 and 250 nm. This dispersion was stabilized with the creation of copolymers at the interface, which was evidenced by 13C NMR studies in the case of polyamide/polyimide blends. Reactive extrusion allows the unique combination of in situ synthesis and in situ compatibilization and was proven more efficient for the control of the structure and morphology than simple melt blending. Mechanical, thermal and rheological properties of the blends were deeply studied, in order to understand the reinforcement brought by the polyimide dispersed phase. Studies of the materials crystallinity were also performed, to explain the macroscopic modifications and establish structure-property relationships.