Study of the Coalescence Mechanisms during Silicone Foaming

par Marie-Claire Dib Jawhar

Thèse de doctorat en Matériaux

Sous la direction de Philippe Cassagnau et de Philippe Chaumont.

Soutenue le 23-04-2012

à Lyon 1 , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères UMR 5223 (Rhône-Alpes) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Étude des mécanismes de coalescence des mousses silicones


  • Résumé

    Le principe d’élaboration des mousses de silicone est basé sur une compétition entre deux réactions mettant en jeu les fonctions hydrogénosilane portées par le polymère précurseur : la première provoque le dégagement d’un gaz (à l’origine de la formation des cellules) et la deuxième, l’hydrosilylation, bien connue et maîtrisée dans les silicones, conduit à la réticulation du milieu réactionnel. De ce fait, le contrôle des propriétés finales de la mousse nécessite la maîtrise de ces deux cinétiques de synthèse du gaz et de réticulation. D’autre part, les propriétés finales des mousses (type de porosité, densité apparente,…) dépendent également de la rhéologie (propriétés élongationnelles adéquates) ainsi que des charges ajoutées à la formulation. L’étude de la nucléation et la croissance cellulaire a été faite sous microscope optique. Les résultats montrent que le phénomène fondamental contrôlant la croissance des bulles est la coalescence. Sous l’influence couplée des effets de surface et viscoélastiques, les bulles se rapprochent et se déforment pour donner naissance à une forme intermédiaire avant d’atteindre leur forme finale. D’autre part, on a montré que l’air initialement dissous dans les formulations ainsi que l’air introduit par agitation permettent de réduire l’effet de peau, d’avoir une distribution de taille homogène et une meilleure structure cellulaire. D'autres facteurs ont également été étudiés dans le but de rendre la distribution de taille plus homogène et améliorer certaines propriétés


  • Résumé

    A foam sample is assumed to be a set of bubbles embedded into a polymeric matrix with an initial gas overpressure. Silicon foams are produced by a competition between two reactions involving the hydrogenosilane functions carried by the polymer precursor: the first reaction generates gas (initiating cell formation) while the other one, hydrosilylation, well known and controlled in silicon, leads to the crosslinking of the rising foam. Thus, obtaining enhanced foam properties requires a good balance between two reactions, crosslinking and gas generation. On the other hand, the final characteristics of the foam (porosity, bulk density…) largely depend on the rheology of the mix (appropriate elongational properties) as well as the added fillers. Nucleation and cell growth were carried out under optical microscopy. The experiments show that the main phenomenon controlling cell growth is bubble coalescence. Due to the surface effects and the viscoelastic properties, bubbles approach from each other and get deformed giving birth to an intermediate shape before reaching their final geometry. Many parameters have direct effect on foam properties. In fact, dissolved gas in formulas as well as the air introduced during manual mixing, reduce the skin effect and guarantee a homogeneous cell size distribution and a better foam structure. Other factors have also been studied in order to render size distribution more homogeneous and improve certain properties

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