Caractérisationde nanocompositespolyamide/argile

Projet de Master Recherche « MPT » – ENSAM/ENSAIT

Séminaire Recherche du GEMTEX

Jeudi 9 juin 2005

Vincent DubromezTuteurs : Isabelle Vroman, Eric Devaux

9 juin 2005 Séminaire Recherche du GEMTEX

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Introduction

• Les polymères à structure nanocomposite

• Les nanocomposites polyamide/argile

• L’avantage de la cloisite comme charge• Modifie le taux de zones amorphes

• Modifie les propriétés tinctoriales

• Caractérisation de ces nanocomposites

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Plan

I. Préparation des échantillons

II. Analyses thermiques

III. Analyses physico-chimiques

IV. Teinture

V. Perspectives

Références

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I. Préparation des échantillons

• Echantillons sous forme de granulés– Extrusion de granulés seuls ou de mélanges

granulés/argile

• Matières utilisées• Polymère : granulés de polyamide 6 (PA6)• Argile : cloisite 30B (C30B)

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II. Analyses thermiques

• Analyses ATG et DSC• C30B, PA6, PA6 extrudé, PA6 +2% C30B, PA6 + 5% C30B

• ATG• Comportement thermique de C30B• Détermination de la quantité de C30B

• DSC Classique et Modulée• Détermination de la température de cristallisation• Détermination de la température de fusion

• Détermination du taux de cristallinité (XC)

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III. Analyses physico-chimiques

• Résonance Magnétique Nucléaire à l’état solide (Solid State NMR)

• PA6 extrudé et/ou PA6 + 2% C30B, PA6 + 5% C30B• RMN 13C, 15N et 1H

• RMN 1H• Analyse de la dispersion de la charge

• RMN 13C et 15N• Analyse des formes cristallines du polymère (α ou γ)

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III. Analyses physico-chimiques

• Dosage des groupements terminaux NH2

• Dissolution des granulés dans un mélange phénol-méthanol• En présence d’un indicateur coloré (BT)• Dosage par l’acide chlorhydrique 0,01N• Equivalence au passage de l’orangé au rose violacé

• Inconvénients de la méthode

• manque de précision• impossible à faire sur les échantillons teints

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IV. Teinture

• Mathis Labomat BFA-12

• Teinture sur granulés• PA6, PA6 extrudé, PA6 + 2% C30B, PA6 + 5% C30B

– Colorant métallifère 1:2

– Conditions utilisées :• Rapport de bain (RdB) 1/20 et hauteur de ton (T) 0,2%• RdB 1/20 et T 0,5%• RdB 1/40 et T 0,5%

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IV. Teinture

– Formulation du bain :• 150 mL de bain, granulés et colorant selon conditions• 0,3 à 0,4 mL/L d’acide acétique• 0,5 g/L d’acétate d’ammonium

– Conduite de teinture :

100°C

40°C

20°C30°C3°C/min

2°C/min 3°C/min

60 minutes

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IV. Teinture

• Epuisement du bain

RdB 1/20

T 0,2%

5%2%E

RdB 1/20

T 0,5%

5%2%E

RdB 1/40

T 0,5%

2%ENE

5%

NE : PA6 « commercial »E: NE extrudé dans les mêmes

conditions que 2% et 5%2% : PA6 + 2% C30B5% : PA6 + 5% C30B

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V. Perspectives

• Filage et comparaison des résultats obtenus avec les granulés

• Essais de teinture sur granulés et/ou fils• Mesure de l’épuisement au cours de la teinture

• Mesure de la quantité de colorant absorbé par spectro UV-Vis

• Comparaison : filage de granulés teints et teinture de multifilaments écrus

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FinRéférences

• L. Razafimahefa et al., Effect of nanoclay on the dyeing ability of PA6 nanocomposite fibers – 2004

• K.P. Pramoda et al., Thermal degradation behavior of polyamide 6/clay nanocomposites – 2003

• X. Liu et al., Non-isothermal crystallization behaviors of PA6/clay nanocomposites – 2001

• X. Liu et al., Investigation on unusual crystallization behavior in polyamide 6/montmorillonite nanocomposites – 2002

• Zapata-Espinosa et al. Complex isothermal crystallization and melting behavior of nylon 6 nanoclay hybrids – 2005

• D.M. Lincoln et al. Temperature dependence of polymer crystalline morphology in nylon 6/montmorillonite nanocomposites – 2001

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Préparation des échantillons

170 – 240 – 250 – 250 – 250°C

Rotation des vis : 300rpm

Extrudeuse bivis

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Matériel d’analyse thermique

TA Instruments 2920

Refroidissement RCS

TA Instruments 2950

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1000°C

20°C

10°C/min

ATG

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260°C

20°C

15°C/min

3 min

3 min

3 min

15°C/min

260°C

20°C

1 2

DSC Classique

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DSC Classique

Cristallisation

Fusion

1

2

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DSC Classique

Pourcentage C30B (%)

XC polymère

(%)

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PA-6 – 2% C30B

PA-6

PA-6 – 5% C30B

ppm (t1)1020304050

γ

α

CP-DD-MAS RMN 13C

RMN

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CP-DD-MAS RMN 15N

PA-6

PA-6 – 5% C30BPA-6 – 2% C30B

ppm (t1)255075100

γ

α

RMN

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Matériel de teinture

BFA-12

Pots BFA-12

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Bleu marine Lanasyne S-DNL

Col-SO3-

++

3HN-Nylon-COOH

Col-SO3- +

3HN-Nylon-COOH

OO OO Cr

-

N N

NN

-3OS

SO3-