Synthèse non hydrolytique in situ de nouveaux nanocomposites à base de polyoléfine par extrusion réactive – SYNCOPE

Les nanocomposites polymères sont utilisés commercialement depuis que Toyota a introduit ses premiers nanocomposites polymère / argile dans des pièces automobiles dans les années 1980. Il est maintenant clairement établi que l'addition de particules submicroniques conduit à des améliorations des propriétés structurelles et fonctionnelles dans un certain nombre de système de polymères pour répondre à la demande continue et aux exigences des secteurs industriels avancés. Toutefois, plusieurs questions fondamentales demeurent, surtout quand on s’intéresse à l’élaboration de nanocomposites à base de polyoléfines. Les principaux problèmes sont liés à la nécessité d'une dispersion homogène et complète des nanoparticules et aux préoccupations environnementales et sociétales sur la manipulation de ces nano-objets. Dans le cas de l'approche « top-down » correspondant à la dispersion de la charge dans le polymère, différentes stratégies ont été explorées pour promouvoir une meilleure interaction matrice-particules, par exemple l'addition de compatibilisants, la modification préalable de la charge ou encore l'utilisation de conditions de mise en œuvre spéciales. Par ailleurs, concernant l'approche « bottom-up », quelques tentatives associant chimie sol-gel hydrolytique et polyoléfines se sont révélées encourageantes, principalement parce qu'elles évitent la manipulation de nano-objets. Cependant, nous sommes toujours confrontés à la différence de nature entre le caractère hydrophobe des polyoléfines et le caractère hydrophile de la phase inorganique créée conduisant à des observations d'agglomération. Dans ce contexte, le projet SYNCOPE propose le développement de nouveaux nanocomposites à base de polyoléfine par extrusion réactive en utilisant la chimie sol-gel non-hydrolytique pour la création in situ des charges submicroniques. Ce processus en une seule étape, évitant la manipulation de nanoparticules, est basé sur des réactions thermoactivées impliquant des réactifs compatibles avec les polyoléfines. La surface de la charge submicronique créée est non hydroxylée, ce qui empêche l'agrégation et améliore la dispersion au sein du polymère. Le projet SYNCOPE propose de synthétiser deux types de nanocomposites de complexité croissante. Tout d'abord, nous allons nous concentrer sur la synthèse d'oxyde métallique tel que le dioxyde de titane, TiO2, et l'utilisation d'agents tensioactifs spécifiques (oligomères porteurs de fonction acide carboxylique ou phosphonique) capables d'interagir avec la phase inorganique en croissance et potentiellement d’impacter leur taille et la forme. Dans un deuxième temps, nous allons nous intéresser à synthétiser des nanorenforts lamellaires de type phosphonate métallique. L’impact de la structure des particules et de la nature de l'interface organique-inorganique sur les propriétés barrières sera étudié. Des molécules diffusantes de taille et de capacité d’interaction différentes seront utilisées pour sonder les interfaces développées dans ces nouveaux nanocomposites. Finalement cette approche originale pourrait ouvrir de nouveaux champs d’investigations pour des applications dans l’emballage ou l’automobile par exemple.