Mécanismes de formation et propriétés physico-chimiques et mécaniques des interphases epoxy-diamine/métal

= he interphase chemical, physical and mechanical properties of epoxy-diamine/metal systems and its formation mechanisms

• Auteur / Autrice : Sonia Benyahia-Bentadjine
• Direction : Alain-André Roche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux macromoléculaires et composites
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMM - Laboratoire des Matériaux Macromoléculaires (Lyon; INSA ; 1962-1998)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés organométalliques

Amines

Résines époxydes

Oxyde de titane

Aluminium

Résumé

Ce travail concerne l'étude de la réactivité interfaciale des monomères époxy (DGEBA) et diamine (IPD), avec des surfaces métalliques (titane, aluminium et or) à l'aide de différentes techniques d'analyses. Après avoir déterminer les propriétés physico-chimiques et mécaniques du polymère en volume, nous avons comparé ces dernières à celles obtenues dans le cas de films d'épaisseur variable. Nous avons mis en évidence la formation d'une interphase ayant des propriétés spécifiques différentes de celles du polymère en volume. Les propriétés de cette interphase dépendent de la nature du substrat et de son traitement de surface, de la nature de la diamine et du rapport schoechiométrique du mélange. Nous avons également déterminer les mécanismes réactionnels responsables de la formation de cette interphase en étudiant des systèmes '' modifiés '' par les oxydes plus ou moins hydratés recouvrant la surface de nos substrats métalliques. La diamine se chimisorbe à la surface des oxydes métalliques et simultanément, une attaque chimique de ces derniers par la diamine est observée. La diffusion des ions métalliques au sein des monomères induit la formation de complexes entre les ions métalliques et les groupements amines des monomères. Lorsqu'un seuil de saturation est atteint ces complexes précipitent sous forme de cristaux insolubles dans les monomères. Par ailleurs, ces complexes sont également responsables d'une séparation de phase qui traduit la formation d'un nouveau réseau. La compréhension de l'ensemble de ces phénomènes nous permet de réaliser des matériaux volumiques possédant les propriétés de films minces et donc de l'interphase.

The interfacial reactivity between epoxy (DGEBA) and diamine (IPD) monomers and metallic substrates (titanium, aluminum and gold) has been studied using various analytical techniques. Chemical, physical and mechanical properties of organic coatings were determined as a function of their thickness and compared to bulk values. An interphase having specific properties and quite different to polymer bulks ones was underlined. Interphase properties were found to be affected by the substrate nature, metallic surface treatments, the diamine nature (whether aromatic, aliphatic or cycloaliphatic) and the stoechiometric ratio of epoxy-amine mixture. Reaction mechanisms leading to the interphase formation were determined by studying ''modified'' monomers by hydrated oxide layer. It was found that the diamine monomer reacts with the metallic surface and induces a chemical etching. Then metallic ions then diffuse through the organic layer to form metal-amine complexes. When a saturation threshold was reached, crystals of modified monomers were observed at room temperature. These complexes induce phase separation during the cure cycle of the epoxydiamine mixture leading to a new network formation. The understanding of these phenomena, allows us to produce bulk materials having the same properties than thin films or interphase.