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- Structure de matériaux nanocomposites par diffusion aux petits angles (SAXS et SANS) : agrégation des nanoparticules et conformation des chaînes de polymère

Auteur(s): Banc A., Genix A.-C., Dupas C., Oberdisse J.

Conférence invité: Matériaux 2014 (, FR, 2014-11-24)


Résumé:

L’incorporation de nanoparticules dans des matrices polymériques est couramment utilisée pour améliorer les propriétés des matériaux (mécaniques, thermiques, optiques, électriques, de transfert…). Ces dernières sont fortement dépendantes de la microstructure développée au sein du matériau. Alors que la fraction volumique et la taille des particules sont déterminées par la formulation, la dispersion est plus difficile à contrôler. Dans cet exposé nous nous intéresserons à des nanocomposites modèles formulés à partir de solutions colloïdales de silice et de nanolatex d’acrylates qui permettent d’obtenir des nanocomposites aux dispersions de particules variées en utilisant différents paramètres : la charge de surface des nanoparticules, le rapport de taille entre les particules de latex et de silice (R), et la masse molaire des chaînes de polymères. Nous montrerons que des agrégats répulsifs de taille variable peuvent être obtenus en jouant sur le pH. Une bonne dispersion des particules est obtenue pour des tailles comparables de particules de polymère et de silice, alors qu’un réseau de particules de silice décorant les particules de latex est mis en évidence lorsque le rapport R est grand. Enfin, en diminuant la masse molaire de la matrice, des agrégats fractals de taille croissante sont générés grâce à la mobilité accrue des particules au sein de matrice polymérique de plus faible viscosité2. L’ensemble des dispersions de silice a été étudié par la combinaison de techniques de diffusion aux petits angles (SAXS) réalisées sur des grands instruments (pour la large gamme de vecteur d’onde disponible) et de microscopie électronique à transmission (TEM). Nous verrons que pour de faibles fractions volumiques de particules les résultats SAXS et TEM ont pu être quantitativement corrélés par des simulations Monte Carlo d’agrégats polydisperses. Par ailleurs la structure des chaînes de polymère a pu être suivie par des mesures de diffusion de neutrons (SANS) réalisées dans des conditions de contraste moyen nul (en utilisant des latex hydrogénés et deutérés). Nous verrons que la cinétique de dissolution de billes de latex au sein du matériau est impactée par les nanoparticules de silice alors que le rayon de giration des chaînes demeure constant.