Elaboration de mousses nanocomposites polystyrène/silicates lamellaires en milieu supercritique

= Development of nanocomposite foams Polystyrene/ lamellar silicates in supercritical fluid

• Auteur / Autrice : Thi Thanh Van Ngo
• Direction : Jannick Duchet-Rumeau, Jean-François Gérard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux polymères et composites
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicates

Mousses (matériaux)

Mousse de polystyrène

Dioxyde de carbone

Résumé

Des mousses de polystyrène renforcé par des objets lamellaires ont été réalisées en milieu supercritique. Le fluide CO2 supercritique comme agent de gonflement. Trois types d'objets lamellaires différents par leur structure et leur traitement de surface ont été étudiés : une montmorillonite modifiée par les cations aromatiques (notée MMT-benz) et une montmorillonite et un mica modifiés par les mêmes cations d'ammonium porteurs de fonctions méthacrylate (noté MMT-MHAB et mica-MHAB). La MMT-benz est compatible avec la matrice polystyrène grâce à la présence de groupement benzyl. La MMT-MHAB et le mica-MHAB sont des silicates réactifs grâce à la présence de la double liaison et CO2-phile grâce à la présence de groupement méthacrylate dans les galeries d'argile. Les nanocomposites PS/silicates lamellaires modifiés (5% en poids) sont issues de trois procédés d'élaboration : i) à l'état fondu dans une miniextrudeuse bi-vis ; ii) en solution ; iii) pendant la polymérisation in situ de styrène en émulsion. La polymérisation in situ est la méthode la plus appropriée pour obtenir la dispersion la plus aboutie. Les propriétés thermiques, propriétés thermo-mécaniques sont caractérisées. En ajustant les conditions d'élaboration des mousses en contrôlant l'état de dispersion et la nature des silicates lamellaires, les morphologies des mousses nanocomposites comme la taille de cellules, la densité de cellules et l'épaisseur de la peau non-moussée sont maitrisées. Nos avons montré que les propriétés thermo-mécaniques des mousses nanocomposites sont améliorées en présence des silicates qui gouverne la taille des cellules et l'épaisseur de la peau non-moussée.

Polystyrene foams reinforced by lamellar silicates were carried out in supercritical fluid. The supercritical fluid CO2 play a role of swelling agent. Three types of different lamellar silicates by their structure and their surface treatment were studied: a montmorillonite modified by the aromatic cations (noted MMT-benz) and a montmorillonite and a mica modified by the same ammonium cations with methacrylate function (noted MMT-MHAB and mica-MHAB). MMT-benz is compatible with the matrix polystyrene because the presence of benzyl group. The MMT-MHAB and the mica-MHAB are not only reactive silicates because the presence of the double bond, but also CO2-phile with of methacrylate groups in the clay galleries. The PS/silicates modified (5% wt. ) nanocomposites are prepared by three processes: i) by the melting way in a twin screw miniextruder; ii) by swelling of modified silicates in a polystyrene solution; iii) by in situ polymerization of styrene in emulsion. The in situ polymerization is the most suitable method to get a better dispersion. Some properties of nanocomposites are characterized like thermal and thermo-mechanical properties. By adjusting the foam processing conditions, by controlling the state of dispersion and the nature of lamellar silicates, morphologies of nanocomposite foams as the cells size, the cells density and the thickness of the skin are well taillored. We showed that the thermomechanical properties of nanocomposite foams are improved in the presence of the silicates.