Mise au point d'un procédé de réticulation retardée de polymères après mise en forme : Systèmes dormants par vectorisation

Development of a new method for post-processing polymer crosslinking : Sleeping systems through vectorization

• Auteur / Autrice : Laurent Abbas
• Direction : René Muller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Réticulation (polymérisation)

Polymères

Résumé

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit a consisté en la mise au point d’un nouveau procédé de réticulation d’une matrice polyoléfine fonctionnalisée. Le procédé « systèmes dormants par vectorisation » est basé sur la compétition entre une cinétique de réaction et une cinétique de diffusion, obtenue suite au confinement réversible d’un des constituants de la réaction dans des particules appelées vecteurs. Schématiquement, les particules de vecteur peuvent être représentées comme des réservoirs qui permettent la libération contrôlée de l’espèce « piégée ». Les deux objectifs de cette étude étaient les suivants :Limiter la réaction de réticulation lors de la mise en forme à haute température Permettre l’obtention d’un matériau réticulé lors d’une étape de stockage post-mise en forme à température modérée. Différents vecteurs ont été choisis en fonction de leur nature minérale ou organique et de leur capacité attendue à piéger et à relarguer le co-réactif. Nous avons pu montré que des particules de polyamide 12 possèdent des propriétés de confinement telles que la formation d’un gel macroscopique pendant un temps court à température élevée soit évitée et que la réticulation soit pratiquement totale pendant un stockage d’une centaine d’heures à 40°C. Parallèlement à l’étude expérimentale, un modèle numérique décrivant la réaction de réticulation a été élaboré. L’importance de la compétition entre les cinétiques de diffusion et de réaction sur la structure finale des matériaux a été mise en évidence. Enfin, dans le cadre de l’étude, un nouveau mélangeur a été conçu pour palier un certain nombre de lacunes ou de défauts des mélangeurs de laboratoire existant sur le marché. Tout en offrant une capacité de mélange comparable, ce mélangeur permet un contrôle précis des temps de séjours, un moulage direct d’éprouvettes à la fin de l’essai et présente une étanchéité aux gaz et aux liquides.

The subject of this work is the developing of a new crosslinking process of a functionalized polyolefin matrix. This process is called “sleeping systems through vectorization” and is based on the competition between a reaction and diffusion kinetic. This competition is obtained with the temporarily trapping of one of the system constituents in particles named vectors. The latter particles can be envisioned as tanks that provide the controlled liberation of the trapped specie. The two main objectives of this study were to obtain: a limited crosslinking reaction at the end of the melt processing stage at high temperature a fully crosslinked material at moderate temperature after melt processing Several vectors have been tested according to their nature (mineral or organic) and their capacity of trapping/releasing the crosslinker. We show that using particles of polyamide 12 the formation of a macroscopic gel can be avoided during the processing time at high temperature. Besides the material is almost fully crosslinked after hundreds hours at 40°C. In parallel of the experimental study we proposed a numerical model to describe the crosslinking reaction. Using the model, we show that the final structure of the crosslinked material depends on the competition between the reaction and the diffusion kinetic. As a part of the work a new mixer has been developed to answer most of the problems of the existing laboratory scale mixers. This device offers a high distributive and dispersive mixing efficiency and presents in addition important technical features like water-airtightness, possibility of the direct molding of specimens after mixing and easy handling of reactive systems.