Formulations de nanocomposites hautes performances pour revêtements coil-coating : optimisation des interactions nanocharges-matrice

par Emilie Fatome

Thèse de doctorat en Matériaux polymères et composites

Sous la direction de Jean-François Gérard, Jocelyne Galy et de Alain-André Roche.

Soutenue en 2007

à Lyon, INSA .

mots clés

• Feuilles de métal
• Métaux -- Revêtements protecteurs
• Matériaux nanostructurés
• Nanoparticules
• Silice
• Argile

Résumé

L’objectif de ce travail de thèse consiste à optimiser des formulations de coil-coating comportant des nanocharges dans le but d’améliorer les propriétés de robustesse de surface des revêtements obtenus, et ce sans dégrader d’autres propriétés telles que brillance ou flexibilité. Nous avons ainsi sélectionné deux grandes familles de nanocharges: les argiles lamellaires et la silice pyrogénée pour leurs performances mécaniques et leur attrait économique. Nous avons mis en évidence l’importance d’un traitement cationique et d’un mode de dispersion sévère pour l’amélioration de la dispersion des argiles lamellaires. Une partie des agrégats est donc rompue, mais sans pour autant entraîner de conséquences sur les propriétés mécaniques : il faut donc utiliser des nanocharges intrinsèquement plus dures ; c’est le cas des silices. Nous avons alors identifié des interactions fortes entre la silice et la mélamine, figeant la dispersion de la silice et conduisant alors à l’obtention d’un gel fort. Un traitement surfacique de la silice adapté permet de réduire ces interactions, ce qui se traduit par une rhéologie quasi-newtonienne due à une bonne dispersion des charges et à des propriétés mécaniques significativement améliorées. Pour résumer, les interactions développées entre les nanocharges et la matrice organique doivent être choisies de façon optimale puisqu’elles gouvernent non seulement le comportement rhéologique des formulations, mais aussi l’état de dispersion des nanocharges dans le film réticulé ainsi que les différentes propriétés, notamment mécaniques, qui en découlent

Titre traduit

= High performances nanocomposites formulations for coil-coating : optimization of nanofillers-matrix interactions.

Résumé

The objective of this work consists in optimizing formulations of coil-coating comprising nanofillers with the aim of improving the properties of coatings surface robustness without degrading other properties such as brightness or flexibility. We thus selected two families of nanofillers: lamellate clays and fumed silica for their mechanical performances and their economic attraction. We highlighted the importance of cation treatment and dispersion mode for lamellate clays dispersion improvment. However, a part of aggregates is broken, but without involving effects on the mechanical properties: nanofillers intrinsically harder should be used; it is the case of silicas. We then identified strong interactions between silica and melamine, leading to a strong gel. A surface treatment of adapted silica makes possible to reduce these interactions, which results in a quasi-Newtonian rheology due to a good dispersion of the fillers and significantly improved mechanical properties. To summarize, the interactions developed between nanofillers and organic matrix must be selected in an optimal way since they control not only the rheological behaviour of the formulations, but also the state of dispersion of the nanofillers in the cross linked film as well as various properties, in particular mechanical ones