NANOCOM - Elaboration et caractérisation de nano-composites à base de polymères bio-sourcés pour l’isolation électrique.

NANOCOM - Elaboration and characterization of nanocomposites with bio-based polymers for electrical insulation.

• Auteur / Autrice : Mouhja Bencharki
• Direction : Sébastien Rondot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux, Surfaces et Interfaces
• Date : Soutenance le 01/06/2021
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Numérique et de l’Ingénieur (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Matériaux et Ingénierie Mécanique (MATIM) (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Jérémie Soulestin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Rondot, Julien Ville, Jérôme Castellon, Gaëlle Fontaine, Sandrine Bouquillon, Françoise Berzin, Ahmed Tara
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julien Ville, Jérôme Castellon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyseurs à base d'argile

Extrusion

Matériaux hybrides

Mots clés libres

Extrusion

Propriétés mécaniques

Argile

Nanocomposite

Propriétés thermiques

Propriétés électriques

Nanocomposite

Electrical properties

Mecanichal properties

Thermal properties

Extrusion

Nanoclay

Résumé

Ce travail de thèse a pour objectif l’élaboration par extrusion de nanocomposites polypropylène (PP/PPgMA)/ poly(butylène succinate) (PBS) biosourcé / Cloisite 20 (C20) et leurs caractérisations morphologique, structurale, physico chimique, mécanique et électrique. Des essais de biodégradabilité sont également mis en œuvre.La démarche suivie débute par une étude comparative entre les polymères seuls (PP/PPgMA et PBS) et différentes formulations de mélanges PP*/PBS, seuls et en présence de 2% massique d’argile pour évaluer l’influence du taux de PBS sur les caractéristiques des matériaux. Cette étude comparative permet de choisir les formulations avec des propriétés mécaniques et électriques optimisées. Le deuxième volet de cette démarche porte sur la mise en évidence de l’impact de la concentration d’argile sur les propriétés des mélanges nanocomposites retenus comparés aux nanocomposites des polymères seuls. Le dernier volet aborde l’influence des paramètres opératoires (vitesse de rotation N et débit d’alimentation Q) du procédé d’extrusion sur les propriétés des nanocomposites et les essais de biodégradation dans un milieu aqueux en présence du champignon Phanerochaete Chrysosporium.Les résultats montrent un état d’intercalation ainsi qu’une morphologie partiellement exfoliée pour des taux d’argile relativement élevés. Une réduction de la taille des nodules de la phase dispersée avec le taux d’argile a été également observée. Cette morphologie a une influence le comportement mécanique des composés retenus traduite par une augmentation du module de Young qui atteint celui du PP/PPgMA. La stabilité thermique des nanocomposites a été améliorée par rapport à celle des mélanges sans argile. Pour des taux d’argiles relativement faibles, les propriétés d’isolation électrique des nanocomposites se sont améliorées. Les résultats des premiers essais de biodégradation conduits sur les nanocomposites retenus sont prometteurs

The aims of these works are the elaboration by extrusion process of polypropylene (PP / PPgMA) / poly (butylene succinate) (PBS) biobased / Cloisite 20 (C20) nanocomposites and their morphological, structural, physicochemical, mechanical and electrical characterizations. Biodegradability tests are also implemented. The followed approach begins with a comparative study between the neat polymers (PP / PPgMA and PBS) and different formulations of PP/ PBS blends, without and with nanoclay 2% weight in order to assess the influence of the PBS level on the material characteristics. This comparative study makes it possible to choose formulations with optimized mechanical and electrical properties. The second part of this approach highlights the impact of nanoclay concentration on the properties of the selected nanocomposite blends compared to the nanocomposites of the neat polymers. The last part discusses the influence of the operating parameters (rotation speed N and feed rate Q) of the extrusion process on the nanocomposites properties and the biodegradation tests in an aqueous medium in the presence of the fungus Phanerochaete Chrysosporium. The results show a state of intercalation as well as a partially exfoliated morphology for relatively high clay levels. A reduction in the size of the dispersed phase nodules with increasing clay content was also observed. This morphology has an influence on the mechanical behavior of the selected nanocomposites, showned by the increase in Young's modulus which reaches that of PP / PPgMA. The thermal stability of the nanocomposites has been improved compared to that of blends without nanoclay. For relatively low nanoclays contents, the electrical insulating properties of nanocomposites are improved. The results of the first biodegradation tests carried out on the selected nanocomposites are promising.