Academic literature on the topic 'Résines époxydes – Nanoparticules'

La création de nouveaux matériaux, aux propriétés souhaitées, peut être obtenue par la combinaison de deux, trois ou plusieurs composants. L'évolution des matériaux, l'amélioration de leurs performances et l´extension de leurs fonctionnalités provoquent ainsi une augmentation de la variété des matériaux disponibles: c´est désormais l´usage qui détermine les propriétés du matériau et non l´inverse. L'ajout de nanoparticules dans un polymère peut entraîner, quantitativement via la nanostructuration du polymère et qualitativement via leurs surfaces réactives, de nouvelles caractéristiques, qui ne se limitent pas à la simple addition des propriétés de chaque composant. Les interactions entre la surface des nanoparticules et les molécules du polymère peuvent être notamment à la base de la formation d´interphases, présentant des propriétés différentes de celles du polymère massif. Afin de comprendre l´influence des nanoparticules dans les propriétés mécaniques, optiques et diélectriques du composite et plus particulièrement dans la création d´interphases, ce travail s´est intéressé à des systèmes composés de particules d´Al2O3 et de SiO2 dans une résine d´époxyde. De tels matériaux, a priori simples, affichent des résultats surprenants présentés dans cette thèse
Creation of new materials with tailor-made properties can be achieved by the combination of two, three or more components. Their development, improvement in performance and the extension of their functionalities have enlarged the diversity of these materials: The desired purpose will define the properties of the used materials and not vice-versa. The inclusion of nanoparticles in a polymer can lead quantitatively via the occurring local structure and qualitatively via the reactive surfaces of the particles to new physical properties, which are not just a simple superposition of the properties of the single components. The interactions between the nanoparticles´ surfaces and the polymer molecules are the reason for the formation of interphases, which differ in their specificities from the polymer bulk. To understand the effect of nanoparticles on the mechanical, optical and dielectric properties of composites, and moreover the formations of interphases, an, at first believed, rather simple nanocomposite produced by including Al2O3- or SiO2- nanoparticles in an industrially common epoxy resin is studied. Such materials, a priori simples show surprising results, which will be discussed in this PhD Thesis

Ce travail de thèse examine trois voies de valorisation de l'huile de pépins de raisin au travers de l'élaboration de matériaux polymères auto-associatifs, réticulés ou hybrides. L'huile végétale ou un modèle lipidique (l'oléate de méthyle) sont d'abord fonctionnalisés grâce à leurs insaturations menant à des huiles hydroxylées, aminées, ou phosphorées.Dans une première étude, l'huile et l'oléate de méthyle ont été hydroxylés par réaction thiol-ène. Les alcools gras sont ensuite transformés en macroamorceurs capables d'amorcer la polymérisation cationique par ouverture de cycle de la 2-méthyl-2-oxazoline. Les lipopolymères (LipoPOx) amphiphiles ainsi synthétisés sont capables de s'auto-associer et de former des nanoparticules monodisperses observées par DLS. Dans une deuxième étude, l'huile et certains de ses dérivés amide ont été modifiés sous UV par addition radicalaire du chlorure de cystéamine, conduisant à une diamine linéaire et à une polyamine ramifiée. Ces dernières ont été utilisées comme durcisseurs d'huile époxydée permettant la réticulation de résines époxy à fort taux de carbone biogénique. L'étude thermomécanique par analyse rhéologique montre que ces matériaux thermodurcissables ont des Tg comprises entre -38 et -9°C.Dans une troisième étude, les lipides ont été fonctionnalisés par addition radicalaire de diméthylphosphite par voie photochimique ou thermique. La transformation ultérieure des esters phosphonés en fonctions silylées a rendu ces composés réactifs vis-à-vis du titane et de ses oxydes. L'ancrage de lipides sur des particules de TiO2 ou des feuilles de Titane influe sur leurs propriétés de surface
This Ph-D work deals with the valorization of grapeseed oil for the preparation of novel and various bio-based polymers. Three pathways are developed starting from lipids and leading to polymeric materials such as self-assembled polymers, thermosets and hybride polymers. First, the vegetable oil and methyloleate were modified using radical addition on their double bonds. Following, hydroxylated, aminated and phosphonated lipids were synthesized.In a first study, the oil was hydroxylated via thiol-ene coupling reaction. The fatty alcohol was then converted into initiator for the cationic ring-opening polymerization of 2-methyl-2-oxazoline. These Lipopolymers so-called LipoPOx exhibit hydrophilic POx block and fatty block. Their amphiphilic nature confer them a self-organization ability in water. A monomodal and narrow distribution of nanoparticles was observed by DLS and AFM.In a second study, the oil and some fatty amides were also functionalized by UV-induced radical addition using cysteamine hydrochloride. A linear diamine and a branched polyamine were synthesized and used as hardeners of epoxidized vegetable oil leading to thermosets with high level of bio-carbone. The investigation on thermo-mechanical properties showed a Tg between -38 and -9°C.In a last study, the lipids were modified by radical addition of dimethylphosphite using thermal or photochemical process. Then, the phosphonate esters were converted into silylated moieties making them reactive toward titanium. The anchoring of lipids onto titanium based materials induced a modification of their surface properties

Ce mémoire porte sur l’étude de l’ignifugation d’une résine époxyde grâce à l’utilisation de nanoparticules. L’incorporation de Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes (POSS) ou de nanotubes de carbone seuls dans la matrice apporte une amélioration très limitée des propriétés feu. La fonctionnalisation covalente de nanotubes de carbone par des fonctions retardatrices de flamme a été réalisée et caractérisée, mais elle n’augmente pas les performances feu de la matrice chargée en nanotubes de carbone. La combinaison entre un retardateur de flamme phosphoré (APP) et les nanotubes de carbone révèle l’existence d’un effet antagoniste entre ces deux charges. Au contraire, l’utilisation de POSS en combinaison avec l’APP apporte une synergie. L’étude de la dégradation thermique de ces systèmes montre que les interactions entre ces constituants modifient la viscosité de la matrice dégradée. La capture des gaz de dégradation est améliorée dans le cas APP/POSS, ce qui résulte en la création d’une couche protectrice plus tôt qu’avec le système de référence contenant l’APP seul. De plus, la présence de POSS rend possible la création de silicophosphates renforçant le résidu. Au contraire, le résidu du système à base de nanotubes de carbone est très rigide et se fissure durant la combustion, ce qui empêche la bonne formation de la couche protectrice
This thesis aims at flame-retarding an epoxy resin through the use of nanoparticles. Incorporation of Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS) or carbon nanotubes alone in the matrix provides little enhancement of the reaction to fire. The covalent functionalization of carbon nanotubes by grafting fire-retardant moieties has been carried out and characterized, but it does not enhance the reaction to fire of the epoxy matrix filled with carbon nanotubes. The combination between a phosphorus-based flame-retardant (APP) and carbon nanotubes reveals an antagonistic effect between these two fillers. On the contrary, using POSS in combination with APP provides a synergy. The study of the thermal degradation of these systems shows that the interactions between these fillers modify the viscosity of the degraded matrix. The trapping of degradation gases is enhanced in the case of APP/POSS, which results in the creation of a protective layer earlier than with the reference system containing APP alone. Furthermore, the presence of POSS permits the creation of silicophosphates which reinforce the residue. On the contrary, the residue of the formulation containing carbon nanotubes is excessively stiff and it cracks during combustion, hindering the proper formation of the protective layer

Le collage structural est une technique d’assemblage de plus en plus demandée aujourd’hui dans beaucoup de domaines comme l’automobile, l’aéronautique, l’aérospatial, l’industrie navale et ferroviaire. La qualité d’un adhésif est un important paramètre pour garantir la fiabilité et la durabilité d’un assemblage collé. On sait qu’une fausse conception d’un joint collé, un mauvais choix d’adhésif ou même un traitement de surface mal réalisé pourra avoir des conséquences spectaculaires voire dramatiques. En termes de performance, l'ajout de nanoparticules à base de carbone à l'adhésif peut contribuer à améliorer les performances des assemblages collés. Dans cette étude, des adhésifs renforcés par trois types de nanacharges sont développés. En effet, l'adhésif DGEBA a été renforcé avec des nanotubes de carbone (CNT), des nanoplaquettes de graphène (GNP) et du noir de carbone (CB) avec différentes fractions massiques (1wt.%, 2wt.% et 5wt.%). L'objectif global est l'étude de l'influence du type, de la fraction massique et des dimensions des nanocharges sur le comportement mécanique de la colle et de l’assemblage collé. Les résultats ont montré que chaque type d'adhésif renforcé par des nanocharges possède un bon potentiel en termes de comportement mécanique sous des sollicitations statiques et dynamiques. Cependant, la présence d'une fraction massique élevée de nanoparticules a tendance à entraîner une dégradation par rapport à l'adhésif pur en raison du changement de morphologie de la microstructure et des interactions physico-chimiques. Et afin de quantifier la résistance à l’endommagement de l’adhésif dopé par des nanocharges et démontrer la compatibilité de l'adhésion avec divers substrats, des essais DCB et ENF ont étaient réalisés sur des assemblages Aluminium/aluminium et Composite/composite. De plus, des modèles numériques avec prise en compte de l’endommagement de la colle dopée ont été développés et validés avec les résultats expérimentaux. Cette étude démontre que le type, la fraction massique, la taille et la forme des nanocharges jouent un rôle important dans l'amélioration des performances des assemblages collés
Adhesively bonded joint is a joining technique that is increasingly in a request today in many fields such as the automotive, aerospace, and naval. The adhesive selection is an important parameter to guarantee the reliability and durability of an adhesively bonded joint. It is well known that the wrong design of a bonded joint, the wrong choice of adhesive, or even a poorly executed surface treatment can have dramatic consequences. In terms of performance, the incorporation of carbon-based nanoparticles into the adhesive improves the performance of bonded joints. In this study, DGEBA adhesive doped by three kinds of nanofillers is established. Indeed, the adhesive has been doped with carbon nanotubes (CNT), graphene nanoplatelets (GNP), and carbon black (CB) with different mass fractions (1wt.%, 2wt.%, and 5wt.%). The overall objective is to study the influence of the type, mass fraction, and dimensions of the nanofillers on the mechanical behavior of the adhesive and the bonded joint. The results showed that each type of adhesive reinforced with nanofillers has a good potential in terms of mechanical behavior under static and dynamic loadings. However, the presence of a high mass fraction of nanoparticles tends to lead to degradation compared to the neat adhesive due to the transformation in microstructure morphology and physicochemical interactions. In addition, to quantify the damage resistance of the nanofiller-doped adhesive and demonstrate the adhesion compatibility with various kinds of substrates; DCB and ENF tests were performed on aluminum/aluminum and composite/composite bonded joints. Besides, numerical models taking into account the damage of the doped adhesive were developed and validated with the experimental results. This study demonstrates that the type, mass fraction, size, and shape of nanofillers play an important role in improving the performance of the adhesively bonded joints

Lors de cette étude, il a été étudié l'influence de l'ajout de microparticules de polymère réticulé (CPM) dans des formulations d'époxy-amine, sur la cinétique, la morphologie et les propriétés thermo-mécaniques des réseaux finaux obtenus. Tout d'abord, un protocole simple, robuste et bien contrôlé a été développé afin d’ obtenir une large gamme de taille de CPM, de Tg et de fonctionnalité amine. Ce protocole de polymérisation par précipitation, basé sur les phénomènes de séparation de phases, a également été appliqué à différentes compositions chimiques et différents monomères époxy hydrosolubles, ceci montrant les grandes possibilités de cette méthode. Une bonne interface entre les CPMs et la matrice a été recherchée en synthétisant les CPMs en excès de groupes amines. La quantification de ces groupes amines réactifs sur les CPMS était d'un grand intérêt et a donc été étudiée en profondeur. Le titrage des amines de surface a été réalisé en mettant au point un nouveau protocole qui a permis la quantification des amines primaires et secondaires sur les CPMs. Il a ensuite été mis en évidence que, bien que ces microparticules réticulées ne soient pas poreuses, des fonctions amines sont disponibles au cœur des particules et peuvent réagir avec d'autres molécules qui sont capables de diffuser dans la CPM. Il a été montré que lorsque les CPM ont été dispersées dans des mélanges d'époxy- amine, la diffusion des monomères dans le cœur de la CPM s'est produite mais différemment selon le procédé de dispersion. En effet, en utilisant le tétrahydrofurane comme solvant pour aider à la dispersion, la diffusion de la DGEBA est amplifiée et modifie les propriétés thermo-mécaniques du réseau final en modifiant le rapport stœchiométrique de la matrice. Le même phénomène a été observé mais moins amplifié lorsque les microparticules sont uniquement dispersées mécaniquement. En dispersant les CPMs dans l'amine qui est l'agent réticulant, on observe l'absorption complète de l'amine au coeur des CPMs, conduisant ainsi à la désorption de celle-ci dans une deuxième étape, permettant de créer le réseau. Ainsi, un comportement très complexe des CPM a été mis en évidence en présence des monomères et/ou solvant : le gonflement et les phénomènes de diffusion qui dépendent d'un certain nombre de paramètres tels que la température, la densité de réticulation des CPM, les paramètres de solubilité, etc. L'intensité du phénomène de diffusion conduit à une variété de comportements lorsque les CPMs sont ajoutées dans une formulation d'époxy-amine tels que: (a) une légère diminution du temps de gélification et l'augmentation de la conversion, (b) la modification de la température de transition vitreuse de la matrice
Throughout this work, the influence of the addition of cross-linked polymer microparticles (CPMs) in epoxy-amine formulations on the kinetics, morphology and thermo-mechanical properties of the final networks have been investigated. First, an easy, robust and well-controlled protocol was developed to obtain a large range of CPM size, Tg and amine functionality. This protocol based on reaction induced phase separation via precipitation polymerization was also applied to different chemistries and water soluble epoxy pre-polymers showing the large possibilities of this method. The capacity of obtaining a good compatibility between the CPMs and the matrix was ensure by synthesizing the CPMs in excess of amino groups. The study of the remaining reactive amino groups on the CPMS was of great interest and therefore deeply investigated. The titration of the surface amine was performed by developing a new protocol that enabled the quantification of primary and secondary amines on CPMs. It was then highlighted that even though these cross-linked microparticles were not porous, amino groups are available into the core and can react with other molecules that are able to diffuse into the CPM core. It was shown that when CPMs were dispersed into epoxy-amine blends, the diffusion of monomers into the CPM core occurred but differently depending on the dispersion process. Indeed, using tetrahydrofuran as solvent to help for the dispersion increased the diffusion of DGEBA into the CPM core and changed the thermo-mechanical properties of the final network by modifying the stoichiometric ratio of the matrix. Same phenomenon was observed but less amplified when CPMs were mechanically dispersed in DGEBA. Regarding the dispersion of CPMs in the amine cross-linker, IPD, its complete absorption could be observed into the CPMs, leading then to the desorption of IPD to create the network. Thus, a very complex behavior of CPMs was highlighted in presence of monomers or/and solvent: swelling and diffusion phenomena that are dependent on a number of parameters such as temperature, CPM cross-link density, solubility parameters, etc. The intensity of those phenomena leads to a variety of behaviors when CPMs are added into an epoxy-amine formulation: (a) slight decrease of gel times and increase of conversion, (b) modification of glass transition temperature of the matrix