Nanocomposites hybrides organiques – inorganiques avec différentes matrices organiques. Relation : voie de synthèse, comportement rhéologique au cours de la réticulation, morphologie et propriétés finales

Abstract

L’étude consiste en l’élaboration de matériaux hybrides organiques-inorganiques qui peuvent être classés en deux familles selon la nature de la phase organique : les matériaux à base du HPBD (HPBD/IPDI/y-APS et HPBD/y-IPS) et les matériaux à base du PHEMA (HEMA/TEOS et HEMA/Nanoparticules). En étudiant les cinétiques des réactions de polymérisation, la gélification et la morphologie finale en fonction des conditions de réaction, nous concluons : • Dans le cas des systèmes à bases du HPBD, l’étude de la réticulation a montré que les HPBD/IPDI/y-APS et HPBD/y-IPS ont des modes de gélification différentes, en effet pour les systèmes HPBD/y-IPS, la vitrification des zones inorganiques, se produisant en même temps que la gélification du système, est mise en évidence pour toutes les conditions expérimentales (quantité de catalyseur et température de réaction). Cependant pour les systèmes HPBD/IPDI/y-APS, la vitrification des zones inorganiques se manifeste seulement lorsque le gel est atteint rapidement. L’étude morphologique a montré que pour toutes les quantités de catalyseur utilisées n’affecte pas la morphologie des matériaux HPBD/y-IPS : zones inorganiques de faible taille (nanométrique) dans une matrice organique. Cette morphologie est identique à celle des systèmes HPBD/IPDI/y-APS avec une forte quantité de catalyseur. Cependant, pour des faibles quantités de catalyseur acide, une morphologie différente est révélée : en plus des zones nodules nanométriques, une phase mixte de grande taille est formée entrainant la chute des propriétés thermomécaniques de ces matériaux. • Dans le cas des systèmes à base du PHEMA, l’étude de la gélification HEMA/TEOS a montré que pour les systèmes avec de fortes quantités de TEOS, la gélification du système réactif se produit tôt et elle due à la percolation donc la formation d’un continuum inorganique. La formation de ce dernier apportera de la rigidité à ces matériaux finaux à l’état caoutchoutique. Cette rigidité s’accompagne par une perte du pouvoir d’amortissement de ces matériaux hybrides. Dans le cas des systèmes HEMA/nanoparticules, la gélification se produit également tôt et elle due à la percolation des nanoparticules de silice préformées et la formation d’un bi-continuum organique-inorganique. La rigidité de ces matériaux finaux à l’état caoutchoutique est moins importante que dans le cas des systèmes HEMA/TEOS mais leur pouvoir d’amortissement est plus important. La cinétique de polymérisation radicalaire est fortement retardée suite à l’addition des nanoparticules au HEMA. Cette diminution peut être expliquée par la faible réactivité des groupements méthacrylates à la surface des nanoparticules. L’étude morphologique des différents matériaux a montré que les nanoparticules de silice dans le cas des systèmes HEMA/Nanoparticules sont réparties sous forme d’agrégats réparties d’une façon désordonnée dans la matrice organique. Cependant, dans le cas des systèmes HEMA/TEOS la silice est répartie sous forme de branches fines d’une manière ordonnée dans la matrice organique.