Conception and characterization of multinanolayer composites with high barrier properties. Studies of films made in PE-PA6 filled with Montmorillonite
Conception et caractérisations de matériaux composites nanostructurés à hautes propriétés barrières. Etude films multinanocouches de PE et PA6 chargés de montmorillonite.
Résumé
Polymers are used in many fields such as packaging, automotive, etc. as they have good mechanical, thermal and barrier properties. Economic and environmental challenges are driving development towards more efficient and lighter materials. The aim of this thesis work was to develop multilayer composite films based on polyethylene (PE) and polyamide (PA6) with high gas and water barrier properties. A coextrusion process with multiplier elements made it possible to carry out 100 μm thick multilayers containing up to 2049 layers. Two series of PE-binder-PA6 films of different compositions were studied. Clays (organo-modified montmorillonites) were incorporated (at 0.5 and 5 wt%) into the alternating layers of PE and PA6. The structural, thermal and mechanical properties of these multilayers have been correlated with the transport properties. We observed confinement effects on nanostratification of films and crystallinity of polymers and the impact on barrier properties. We showed the complexity of the multinanolayer structures involving interphases as well as the complexity of the transfer mechanisms. The serial model for predicting permeability highlighted significant improvements in the gas barrier properties of confined PE layers but in water. The barrier effect on all of the multilayers was, however, limited due to the “on edge” orientation of the crystalline phases and structural defects. The confinement of nanofillers (at 1% v/v) in PA6 layers has made it possible to increase the barrier properties of multilayers.
Les polymères sont utilisés dans de très nombreux secteurs d’activités tels que l’emballage, l’automobile, … car sont dotés de bonnes propriétés mécaniques, thermiques et barrières. Les enjeux économiques et environnementaux poussent le développement vers des matériaux plus performants et allégés. L’objectif de ce travail de thèse visait l’élaboration de films composites multicouches à base de polyéthylène (PE) et de polyamide (PA6) offrant de hautes propriétés barrières aux gaz et à l’eau. Un procédé de coextrusion équipé d’éléments multiplicateurs a permis de réaliser des multicouches de 100 μm d’épaisseur contenant jusqu’à 2049 couches. Deux séries de films PE-liant-PA6 de compositions différentes ont été étudiées. Des argiles (montmorillonites modifiées) ont été incorporées (à 0,5 et 5 wt%) dans les couches alternées de PE et PA6. Les propriétés structurales, thermiques, mécaniques de ces multicouches ont été corrélées aux propriétés de transport. Nous avons observé des effets de confinements sur la nanostratification des films et la cristallinité des polymères et l’impact sur les propriétés barrières. Nous avons montré la complexité des structures multinanocouches impliquant les interphases ainsi que la complexité des mécanismes de transfert. Le modèle en série de prédiction de perméabilité a mis en évidence des améliorations significatives des propriétés barrières aux gaz des couches confinées de PE mais pas à l’eau. L’effet barrière sur l’ensemble des multicouches a été toutefois limité en raison des orientations « on edge » des phases cristallines et des défauts de structure. Le confinement des nanocharges (à 1% v/v) dans les couches de PA6 a permis d’accroître les propriétés barrières des multicouches.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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