Nanocomposites à base d'argile et de surfactants polymérisables (surfmers) : synthèse et propriétés

Nanocomposites based on clay and plymerizable surfactants (surfmers) : synthesis and properties

• Auteur / Autrice : Chahinez Benbayer
• Direction : Salima Saïdi-Besbes, Frédéric Guittard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 27/05/2014
• Etablissement(s) : Nice en cotutelle avec Université Oran 1 (Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique de la matière condensée (Nice) - Laboratoire de physique de la matière condensée
• Jury : Président / Présidente : Okacha Yebdri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Salima Saïdi-Besbes, Frédéric Guittard, Okacha Yebdri, Abdelhamid Elaissari, Aïcha Derdour, Thierry Darmanin, Rachida Hamacha
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelhamid Elaissari, Aïcha Derdour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthionine

Argile

Polystyrène

Matériaux hybrides

Mots clés libres

Nanocomposites à base de polystyrène

Argile

Surfmers fluorés

DRX

MET

Nanocomposites based on polystyrene

Clay

Surfmers fluorinated

DRX

MET

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur la préparation de nouveaux nanocomposites polystyrène-argile en utilisant des argiles modifiées par divers tensioactifs cationiques polymérisables fluorés. Des systèmes de référence ont aussi été envisagés en utilisant des tensioactifs classiques de structure proche de celles des surfmers (surfmers et tensioactifs hydrocarbonés) et ce, afin de mettre en évidence le rôle joué par le groupement polymérisable et l’atome de fluor sur la structure et les propriétés des nanocomposites obtenus. Les propriétés de surface des tensioactifs ont été étudiées en termes de CMC, tensions de surface et enthalpies de micellisation de Gibbs afin d’évaluer le comportement en solution de ces tensioactifs. Ces tensioactifs ont été par la suite utilisés pour modifier une montmorillonite sodée via un processus d’échange cationique. Les organoargiles ainsi obtenues ont été caractérisées par IR, ATG et DRX. Les données DRX obtenues sont en faveur d’un alignement de la majorité des surfmers fluorés en bicouche La préparation des nanocomposites polystyrène-argile contenant diverses quantités d’organoargiles variant de 1 à 15% en utilisant la technique de polymérisation radicalaire en masse ou en solution, a montré l’effet positif de l’introduction d’une chaîne fluorée et d’une fonction polymérisable sur la stabilité thermique des nanocomposites. Des morphologies exfoliées ont été obtenues pour la majorité des nanocomposites fluorés préparés. Une relation structure-propriétés de surface et propriétés thermique a été établie sur la base des analyses ATG, DRX et TEM/MEB.

The work presented in this thesis focuses on the preparation of new polystyrene-clay nanocomposites using fluorinated polymerizable cationic surfactants as modifiers. Reference systems have also been proposed using conventional surfactants of similar structure than surfmers. The main objective is to highlight the role of the polymerizable group and the fluorine atoms on the structure and the properties of the obtained nanocomposites. The surface properties of surfactants were studied in terms of CMC, surface tensions and Gibbs enthalpies of micellization to evaluate the solution behavior of these surfactants. These surfactants were subsequently used to modify a sodium montmorillonite via cation exchange process. The resultant organoclays were characterized by IR, TGA and XRD analysis. XRD data are in favor of an alignment of the majority of fluorinated surfmers to form a bilayer structure while conventional surfactants tend to form a pseudotrimolecular layer. Determination of surfmer reactivity ratios by NMR was used to predict the behavior of these derivatives in radical copolymerization with styrene. Preparation of polystyrene-clay nanocomposite containing various amounts of organoclays from 1 to 15 wt% by radical polymerization process in bulk or solution, showed the positive effect of the introduction of fluorinated chain and polymerizable functional group on thermal stability of nanocomposites. Exfoliated morphologies were obtained for the majority of the fluorinated nanocomposite. A structure-surface and thermal properties relationship was established on the basis of TGA, XRD and TEM / SEM analysis.