Study of silica-silane interactions by infrared spectroscopy and multivariate modeling
Etude des interactions silice - silane par spectroscopie IR et modélisation multivariée
Résumé
This work deals with the study of the reaction mechanisms of silane TESPT - a coupling agent widely used in the pneumatic industry - with silica in the presence of 1,3-diphenylguanidine (DPG), an accelerator used during the step of mixing. For this purpose, we studied by IR spectroscopy and by multivariate modeling the interactions of each of these two compounds alone, then the two compounds in mixture, on the surface of the silica according to the temperature.The results obtained show that the reactivity of TESPT on the one hand and DPG on the other hand, can be satisfactorily modelated by three components, whether these compounds are alone or mixed on the silica. We verified that the TESPT beyond the ambient temperature undergo a preliminary hydrolysis reaction followed at a higher temperature by a grafting reaction with the silica or by co-condensation with a neighboring molecule. As for the DPG - adsorbed on silanol groups of silica - it gathers in dimers by going beyond the ambient temperature, and it is involved in an equilibrium with them. These dimers decompose at a higher temperature to release aniline in the gas phase and produce on the silica surface - in dynamic vacuum - compounds that appear to be phenylcyanamide molecules grafted onto the silica or oligomers of phenylcyanamide (and / or aniline). These surface products can be quickly hydrolysed in the presence of water.While no species or specific component resulting from the interaction of DPG with TESPT could be demonstrated, our results show that TESPT decreases the amount of species produced (at the silica surface) by the decomposition of the DPG in dynamic vacuum, and that DPG significantly influences the reactivity of TESPT by promoting the formation of siloxane bridging.
Ce travail porte sur l’étude des mécanismes de réaction du silane TESPT – un agent de couplage très utilisé dans l’industrie pneumatique – avec la silice en présence de 1,3-diphénylguanidine (DPG), un accélérateur utilisé lors de l’étape du mélangeage. Dans ce but, nous avons étudié par spectroscopie IR et par modélisation multivariée les interactions de chacun ces deux composés seul, puis les deux composés en mélange, à la surface de la silice en fonction de la température.Les résultats obtenus montrent que la réactivité du TESPT d’une part et de la DPG d’autre part, peut être modélisée de manière satisfaisante par trois composantes, que ces composés soient seuls ou en mélange sur la silice. Nous avons vérifié que Le TESPT subit au-delà de la température ambiante préalablement une réaction d’hydrolyse suivie à plus haute température d’une réaction de greffage avec la silice ou de co-condensation avec une molécule voisine. La DPG adsorbée sur les groupements silanols de la silice, quant à elle, se regroupe en dimères en allant au-delà de la température ambiante, et s’implique dans un équilibre avec eux. Ces dimères se décomposent à plus haute température pour libérer de l’aniline en phase gaz et produire à la surface de la silice - sous vide dynamique - des composés qui semblent être des molécules de phenylcyanamide greffée à la silice, ou bien des oligomères de phenylcyanamide (et/ou d’aniline). Ces produits de surface peuvent-être rapidement hydrolysés en présence d’eau.Si aucune espèce ou composante spécifique résultant de l’interaction de la DPG avec le TESPT n’a pu être mise en évidence, nos résultats montrent que le TESPT diminue la quantité des espèces produites (à la surface de silice) de la décomposition de la DPG sous vide dynamique, et que la DPG influe sensiblement sur la réactivité du TESPT en favorisant la formation de ponts siloxane.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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