Synthèse et développement de nanoparticules pour la fabrication de nanocomposites à base de thermoplastique

Ce travail de these vise la synthese et le developpement de nanoparticules afin d’ameliorer les proprietes mecaniques des thermoplastiques. Ce projet a ete realise aux laboratoires de chimie et de plasturgie du Centre de Technologie Minerale et de Plasturgie de Thetford Mines et en collaboration avec le Laboratoire de Nanotechnologie et de Bioplasturgie de l’UQAT. Les nanocomposites sont des materiaux de haute performance alliant une combinaison de proprietes et des conceptions uniques. Avec un taux de croissance annuel de pres de 25% et une demande toujours plus forte en plastiques techniques, le potentiel des nanocomposites est remarquable. Les applications ingenieuses de nanocomposites a base de thermoplastique offrent de nouvelles opportunites technologiques et commerciales a plusieurs secteurs de l'industrie aerospatiale, automobile et electronique. Apres une introduction generale situant le contexte general de cette these, une analyse bibliographique portant sur les nanoparticules largement utilisees dans l’elaboration des nanocomposites a base de thermoplastique est presentee. Nous avons mis en lumiere les utilisations possibles de nanomateriaux comme nanorenforts tels que les silsesquioxanes, les nanocristaux de cellulose, les argiles et les nanotubes de carbone. Nous avons presente les methodes d’elaboration des nanocomposites, des resultats recents sur leur structure, leurs proprietes, leurs applications et des perspectives incluant le besoin de tels materiaux. Au cours de ce travail, des nanoparticules de polysilsesquioxanes (PMSQ) ont ete synthetisees par une methode simple impliquant des reactions sol-gels. Aussi, les nanocristaux de cellulose ont subi une reaction d’hydrophobisation de sa surface par le methyletrimethoxysilane (MTMS). Ces deux types de nanoparticules ont ete utilises dans la fabrication de nanocomposites a base de polyethylene haute densite (HDPE). Les PMSQ se presentent comme des nanoparticules cristallines dotees d’une grande surface specifique, un caractere hydrophobe et une excellente stabilite thermique. Grâce a leurs caracteristiques, les PMSQ ont permis d’elaborer, par voie fondue, des nanocomposites a base de HDPE. Les proprietes des nanocomposites, ainsi obtenues, ont permis de classer ces nanoparticules dans la categorie des nanocharges ayant un grand potentiel dans le domaine de fabrication des nanocomposites. Grâce a leur abondance naturelle, a leurs proprietes mecaniques interessantes et a leur faible cout, les nanocristaux de cellulose (CNC) peuvent concurrencer les nanocharges habituellement utilisees dans la fabrication des nanocomposites par voie fondue telle que les nanotubes de carbone. La problematique de compatibilite entre les CNC et les matrices thermoplastiques hydrophobes, peut etre contournee grâce au traitement par le MTMS. Les resultats de ce traitement ont montre un changement du caractere hydrophile des CNC vers un caractere hydrophobe. Il a ete montre egalement, que la stabilite thermique des CNC a ete nettement amelioree. Par extrusion, nous avons elabore des nanocomposites HDPE-CNC. Investiguee par microscopie, nous avons remarque une nette amelioration des adhesions interfaciales entre les CNC et la matrice HDPE. Les forces de cisaillement appliquees lors du procede d’extrusion n’ont pas permis une bonne dispersion des CNC dans le HDPE. Pour resoudre ceci, nous avons utilise le procede d’attrition afin d’individualiser les fibres de CNC et ainsi ameliorer les performances du nanocomposite. Les resultats obtenus sont tres prometteurs. La combinaison entre les bonnes proprietes mecaniques et d’adhesion de ces nanoparticules et une methode de transformation des thermoplastiques, l’extrusion, peut contribuer a la fabrication d’une nouvelle gamme de nanocomposites ayant un potentiel economique important.