Compréhension et améliorations d'élastomères silicone de type Liquid Silicone Rubber

Comprehension and improvements of LSR type silicone elastomers

• Auteur / Autrice : Etienne Delebecq
• Direction : François Ganachaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physicochimie des matériaux
• Date : Soutenance le 09/12/2011
• Etablissement(s) : Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie en cotutelle avec Ecole nationale supérieure de chimie (Montpellier)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Ganachaud, Sylvie Boileau, Michael A. Brook, Bernard Boutevin, Jean-Pierre Pascault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Boileau, Michael A. Brook

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isocyanates

Cicatrisation

Propriétés mécaniques

Silicones

Polydiméthylsiloxanes

Mots clés libres

Liquid Silicone Rubber

Structure du réseau

Propriétés mécaniques

Cicatrisation

Polydiméthylsiloxanes fonctionnels

Isocyanates bloqués

Liquid Silicone Rubber

Network topology

Mechanical properties

Silicone healing

Functional polydimethylsiloxanes

Blocked isocyanates

Résumé

L'objectif de ces travaux de thèse était d'améliorer les performances d'étanchéité de connecteurs automobiles fabriqués en silicone. La première approche visait à comprendre les relations entre les structures chimiques présentes dans les formulations LSR et les propriétés mécaniques afin de proposer des additifs favorisant la résistance à la déchirure. Lors d'une étude préalable, nous avons étudié l'effet synergétique du platine et de la silice sur la dégradation thermique de formulations silicone. Ce travail a permis de décrire le mécanisme et de proposer de nouvelles formulations plus performantes en terme de taux de résidu après pyrolyse. Cette première étude alliée à d'autres techniques a permis d'analyser les structures chimiques présentes dans huit formulations commerciales. Nous avons également caractérisé la réactivité ainsi que la structure du réseau polymère obtenu après réticulation. Les relations liant les structures chimiques à la structure des réseaux ont été établies. Enfin, les propriétés mécaniques telles que la déformation rémanente à la compression, les propriétés ultimes (force et élongation à la rupture) et la résistance à la déchirure des matériaux ont été corrélées avec les différentes structures des réseaux.La seconde partie était dédiée à la synthèse d'un additif fonctionnel thermiquement activable permettant de réparer a posteriori une déchirure. Afin de sélectionner le meilleur système correspondant au cahier des charges, une revue complète de la bibliographie a été réalisée sur la réversibilité des fonctions urées et uréthanes, en portant une attention particulière sur la chimie des isocyanate bloqués. Deux molécules bloquantes ont été sélectionnées après étude de la réactivation thermique de la fonction isocyanate. Un monomère portant cette fonction isocyanate bloqué a été engagé dans une réaction de copolymérisation afin d'obtenir plusieurs générations d'additifs testés selon les normes appliquées aux connecteurs.

This PhD work aimed at improving the water and air-proofing properties of automotive connectors made of silicones. The first approach consisted of understanding the relationships between the chemical structures added in the LSR formulations and their ultimate mechanical performances so as to propose additives which would improve tear resistance of the materials. In a preliminary study, we investigated the synergistic role of platinum catalyst and silica on the thermal degradation of silicone formulations. These investigations allowed us to describe the degradation mechanism and to suggest new formulations in order to improve the residue content at high temperature. This first study, combined with other techniques, allowed us to analyze the chemical structures present in eight commercial formulations. We also characterized the reactivities as well as the network topologies obtained after curing the formulations. Correlations between the chemical structures and the network topology were then established. Finally, some mechanical properties, i.e. the compression set, the ultimate properties (tensile strength and elongation at break) and the tear resistance of final materials were matched with network topologies. The second part was dedicated to the synthesis of a functional additive which could be thermally reactivated to heal a tear. In order to select the best system according to the strict specifications of this work, a complete literature review on the reversibility of urea and urethane bonds was done, with special emphasis on blocked isocyanate chemistry. After a study on the isocyanate group thermal reactivation, two blocking molecules were chosen. A monomer bearing this blocked isocyanate function was then copolymerized to obtain different generations of additives which were finally tested according to standard norms applied to connectors.