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1 PIMM - Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux Paris

Abstract : Nanocomposite materials attract search due to their improvements on barrier properties by incorporating low level of nanofiller of 5%w. Nowadays, organically modified montmorillonites MMT-O are the most used fillers due to their high aspect ratio which permits stronger clay-polymer interactions. If nanoreinforced materials are highly performing, the ways in which clay presence affects polyolefin durability have not being subject of a rigorous study, thus they are not yet clear. Our goal was to examine unstabilized clay polypropylene and unstabilized clay polyethylene nanocomposites to get a better comprehension of the clay effects on their thermooxidation process under low temperatures. The effects induced by a dual physic -chemical nature of the clay were explored. The problem was tackled from both experimental and theoretical point of views for degradation process not controlled and controlled by oxygen diffusion homogenous and heterogeneous respectively. It seems that MMT-O speeds up oxidation. This phenomenon was modeled by adding a catalytic reaction between metallic particles initially present in the MMT-O and hydroperoxyde groups main responsible of oxidation. Regarding the oxygen permeability two situations were confronted: for the clay polypropylene system a decrease of 45% of oxygen permeability was measured. On the other hand, no variation was found for the polyethylene case. This effect was attributed to the fact that polyethylene nanocomposite reached a blend morphology less developed than those of the polypropylene nanocomposite. Kinetics and oxidation products profiles across the sample thickness were simulated for both systems by coupling oxidation reactions with oxygen diffusion equations. For the polyethylene case, the effects induced by oxidation on molar mass and crystalline morphology were also simulated. Finally, based on structure - property relation, simulations of mechanic modulus profiles were performed for the heterogeneous degradation case oxidation diffusion controlled. These results were confirmed by experimental measurements of modulus across the thickness of thick clay polyethylene nanocomposite samples.

Résumé : Les matériaux nanocomposites suscitent un intérêt grandissant en recherche dû au fait qu-ils améliorent les propriétés barrières en incorporant une faible quantité de nanocharges inférieure à 5%. Actuellement, les montmorillonites organiquement modifiées MMT-O sont les nanocharges les plus répandues grâce à leur rapport de forme élevé permettant de favoriser les interactions surfaciques argile-polymère. Si ces matériaux présentent d-excellentes performances, leur durabilité et l-impact de la présence d-argile dans la matrice polymère n-a pas encore été étudiée en profondeur. Notre objectif était d-étudier finement le comportement vis-à-vis de l-oxydation de nanocomposites à matrice polypropylène et polyéthylène non stabilisés afin de mettre en évidence les effets de l-argile sur le processus d-oxydation aux faibles températures Ces effets ont deux origines : une origine chimique et une origine physique. Pour étudier ces deux origines, une démarche expérimentale et de modélisation du processus d-oxydation contrôlée ou non par la diffusion d-oxygène respectivement dégradation hétérogène et homogène a été mise en place. D-une manière générale, il apparait que la présence de MMT-O accélère l-oxydation. Ce phénomène a été modélisé par l-ajout de réaction catalytique entre les particules métalliques initialement présentes dans la MMT-O et les hydroperoxydes liés à l-oxydation. Concernant l-effet de la MMT-O sur la perméabilité à l-oxygène, deux cas ont été observés : dans le cas du système à base polypropylène morphologie intercalée-exfoliée, une diminution de 45% de perméabilité a été mesurée par rapport à la matrice seule, alors que dans le cas du système à base de polyéthylène morphologie intercalée, pas de variation significative a été détectée. Les cinétiques et les profiles dans l-épaisseur des échantillons des produits d-oxydation ont été mesurés et simulés par un modèle couplant réactions d-oxydation et diffusion d-oxygène dans les deux systèmes. Dans le cas du système à matrice polyéthylène, les modifications induites par l-oxydation sur les masses molaires et sur la morphologie cristalline sont prédites. Enfin, en se basant sur des relations structure-propriétés, des profils de module mécanique ont été simulés dans le cas de la dégradation hétérogène oxydation contrôlée par la diffusion. Ces simulations ont été confirmées par des mesures de modules dans l-épaisseur d-échantillons épais de nanocomposite à matrice polyéthylène oxydés.

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Keywords : Oxidation Kinetics Clay.

Mots-clés : Nanocomposite Oxydation Cinétique Argile.





Autor: Glennys Giovanna Gutiérrez -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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