Étude, synthèse et élaboration de nanocharges biphasées, nanotubes de carbone/diatomées pour l’amélioration des propriétés physiques de nanocomposites à matrice polymère

Study, synthesis and elaboration of carbon nanotube/diatoms biphased nanofillers for strengthening physical properties of polymer-based nanocomposite materials

• Auteur / Autrice : Mouhamadou Moustapha Sarr
• Direction : Edward McRae, Manuel Dossot, Damien Lenoble
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 24/06/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : SESAMES - Ecole Doctorale Lorraine de Chimie et Physique Moléculaires
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour les Matériaux et l’Environnement (Nancy) - Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Petit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Edward McRae, Manuel Dossot, Damien Lenoble, Laurent Francis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Francis, Pascale Launois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères

Diatomite

Nanotubes

Viscoélasticité

Matériaux hybrides

Mots clés libres

Nanotubes de carbone

Diatomite

Nanocomposite

Renfort

Polymère

Carbon nanotubes

Diatomite

Nanocomposite material

Strengthening

Polymer matrix

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet GREENANONANO né d’un partenariat entre le Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST), Goodyear et l’Université de Lorraine dans le but de relever un défi technologique concernant l’augmentation des performances des propriétés viscoélastiques de la gomme utilisée dans les pneumatiques. Cette gomme est un composite constitué d’un élastomère (caoutchouc naturel) renforcé par la silice et le noir de carbone. La dispersion de ces charges n’est pas optimale et tend à dégrader les propriétés mécaniques et électrostatiques et donc les performances des pneus. Faces à ces limitations industrielles, l’utilisation d’autres types de renforts tels que les nanotubes de carbone devient une alternative crédible. Etant donné que les nanotubes de carbone (NTCs) ont tendance à s’organiser en fagots, le problème de la dispersion reste à résoudre. Nous proposons dans cette thèse la mise en place d’un matériau biphasé constitué de silice mésoporeuse naturelle, appelée diatomite, sur laquelle ont été synthétisés des NTCs. La grande surface spécifique de la diatomite offre la possibilité d’y faire croître une grande densité de NTCs et d’accroître significativement la surface de contact avec la matrice polymère. Cette thèse multidisciplinaire a débuté par la synthèse de nanoparticules métalliques par ALD pour la croissance de NTCs, suivie d’un développement du procédé de croissance de NTCs sur la diatomite. L’intégration réussie des charges biphasées obtenues au sein de matrices polymériques (élastomère, thermoplastique) a permis de mesurer les propriétés mécaniques, thermiques et électriques des nanocomposites ainsi fabriqués

This thesis is part of the GREENANONANO project ensuing from a partnership between the Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST), Goodyear Company and Université de Lorraine, in order to address a technological challenge for increasing tires performances. The latter are directly related to the viscoelastic properties of the rubber used in tires. This gum is a composite material made by mixing an elastomeric matrix (natural rubber) and fillers (silica and carbon black). Nowadays, the filler dispersion is not optimal, which degrades the mechanical and electrostatic properties and therefore performances of tires. All these industrial limitations require the use of other types of reinforcing agents such as carbon nanotubes. Since carbon nanotubes tend to be organized into bundles, the dispersion problem still exists. We therefore propose in this thesis the synthesis of a biphased material composed by diatomite particles (natural mesoporous silica) on which are grown carbon nanotubes (CNTs). The high surface area of diatomite offers the possibility of growing a high density of CNTs, increasing the contact area with the polymer matrix. This multidisciplinary thesis started with the synthesis of metal nanoparticles by Atomic Layer Deposition (ALD) to catalyse the growth of CNTs and then a process was developed to grow CNTs on diatomite particles. The successful integration of the resulting biphased particles in polymer matrices (elastomer, thermoplastic) allowed to measure the mechanical, thermal and electrical properties of the nanocomposites thus produced