Etude et modélisation de la précipitation de la silice selon le procédé Stöber en phase homogène et en émulsion

Study and modelling of the silica precipitation by the Stöber process in homogeneous phase and in emulsion

• Auteur / Autrice : Nadia Gabsi-Wolf
• Direction : Lionel Choplin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 04/07/2007
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de génie chimique des milieux rhéologiquement complexes (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Danièle Clausse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Choplin, Danièle Clausse, Jean-Paul Klein, Christine Frances, Eric Schaer, Véronique Sadtler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Paul Klein, Christine Frances

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silice

Précipitation (chimie)

Mots clés libres

Silice amorphe (SiO2)

Précipitation

Agrégation

Phase homogène

Formulation

Microémulsion

Macroémulsion

Modélisation

Amorphous silica (SiO2)

Precipitation

Aggregation

Homogeneous phase

Formulation

Microemulsion

Macroemulsion

Modelling

Résumé

L’étude de la précipitation de la silice amorphe à partir de TétraEthylOrtoSilicate (TEOS) et d’eau, selon le procédé Stöber, a permis de quantifier la cinétique de réaction par spectroscopie Infra Rouge à Transformée de Fourrier. Nous avons montré que la croissance des particules se fait par agrégation des nuclei, qui sont formés tout au long de la réaction. La transposition de ce procédé en microémulsion eau-dans-huile a permis de synthétiser des nanoparticules de silice de tailles contrôlées. L’hydrolyse du TEOS est ici dix fois plus faible qu’en phase homogène. Lors de l’ajout du TEOS à la microémulsion, on observe une coalescence des gouttelettes accompagnée d’échanges inter-micellaires. Ce phénomène a pu être décrit par un noyau d’agrégation qui dépend des concentrations en tensioactif et en TEOS non hydrolysé. L’étude de ce procédé en macroémulsion a montré l’effet déstabilisateur de l’éthanol et la nécessité de stabiliser l’émulsion pour synthétiser des particules sphériques

The study of the precipitation of amorphous silica starting from Tetraethoxysilane (TEOS) and water according to the Stöber process, made it possible to quantify the kinetics of the reaction by Fourier-Transform Infrared spectroscopy. We demonstrated that the particles grow by aggregation of the nuclei, which are formed throughout the reaction.The transposition of this process in water-in-oil microemulsion made it possible to synthesize silica nanoparticules with controlled sizes. The hydrolysis of the TEOS is here ten times weaker than in homogeneous phase. When we add the TEOS to the microemulsion, we observe a coalescence of the droplets accompanied by inter-micellar exchanges. This coalescence is well described by a core of aggregation which depends on the concentrations of the surfactant and the non-hydrolysed TEOS. The study of this process in macroemulsions showed the destabilizing effect of ethanol and the need for stabilizing the emulsion to synthesize spherical particles