Etude d'un procédé d'élaboration et caractérisation de nanocomposites à base de polypropylène et de montmorillonite

Preparation and characterization of polypropylene/montmorillonite nanocomposites

• Auteur / Autrice : Anne Cristine Chinellato
• Direction : Guo Hua Hu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites

Argile

Polypropylène

Matériaux hybrides

Résumé

Ce travail concerne l'élaboration de nanocomposites à base de polypropylène/montmorillonite organophile (PP/o-MMT). Son but premier a été d'étudier l'efficacité d'un PP greffé acide acrylique (PP-g-AA) en tant qu'agent compatibilisant pour promouvoir l'intercalation et/ou l'exfoliation de l'o-MMT dans le PP, d'une part ; et les structures et les propriétés des composites obtenus, d'autre part. Deux sortes de PP-g-AA contenant la même quantité d'acide acrylique (6 % poids) mais ayant des masses molaires différentes ont été utilisés. La quantité de l'o-MMT utilisée a été de 0, 1 ou 5 % en poids et le rapport PP-g-AA/o-MMT de 0:1, 1:1, 2:1 ou 5:1 en poids. Les analyses aux rayons-X et par microscopie électronique à transmission ont montré qu'en l'absence de PP-g-AA, la structure du PP/o-MMT était similaire à celle d'un microcomposite conventionnel. Par contre, l'adition de PP-g-AA a rendu possible la formation des nanocomposites intercalés. Par rapport au PP pur, les PP/o-MMT ont montré une augmentation de la stabilité thermique d'environ 40°C ainsi qu'une augmentation en module élastique d'environ 30%. Cependant, cette augmentation a toujours été accompagnée d'une diminution de la résistance au choc des nanocomposites. L'incorporation de l'o-MMT dans le PP a toujours permis de diminuer sa perméabilité au CO2 et l'addition du PP-g-AA a renforcé cet effet. Une diminution de 50% a été réalisée. Ces résultats ont permis de conclure que le PP-g-AA était un agent compatibilisant efficace pour promouvoir l'intercalation et/ou exfoliation de l'o-MMT dans le PP. Les deux PP-g-AA semblaient avoir une efficacité similaire. De manière générale, les composites contenant une plus grande quantité de PP-g-AA présentaient de meilleures propriétés.

This work dealt with polypropylene/organically modified montmorillonite (PP/o-MMT) nanocomposites. The main objective was to study the efficiency of using an acrylic acid modified PP (PP-g-AA) as a compatibilizer to promote the intercalation and/or exfoliation of the o-MMT in the PP, on the one hand; and the structures and properties of the resulting composites, on the other hand. Two kinds of PP-g-AA having the same acrylic acid content (6 wt. %) and differing in molar mass were used. The o-MMT content was 0, 1, or 5 wt. % and the PP-g-AA/o-MMT mass ratio was 0:1, 1:1, 2:1 or 5:1. X-ray diffraction and transmission electronic microscopy showed that without PP-g-AA, the structure of the PP/o-MMT was like that of a conventional micro-composite. With PP-g-AA, the o-MMT was intercalated. Compared to the neat PP, the PP/o-MMT showed an increase in thermal stability of up to 40°C and 30% in elastic modulus. However this increase was concomitant to a decrease in impact strength as the compatibilizer/montmorilonite mass ratio increased. Incorporation of the o-MMT in the PP always led to a decrease in CO2 permeability and the degree of decrease was more significant for compatibilized PP/o-MMT composites (better intercalation/exfoliation) reaching up to 50% with respect to the virgin PP. Based on the above results, it was concluded that the PP-g-AA was efficient to promote the intercalation/exfoliation of the o-MMT in the PP. However, there seemed no significant differences between the two PP-g-AA compatibilizers. Overall, for both PP-g-AA, better properties were obtained for higher PP-g-AA/o-MMT mass ratio.