Rhéologie aux interfaces des matériaux polymères multicouches et ...

Khalid Lamnawar
INSA de Lyon
Mélanges réactifs et modélisation des phénomènes de diffusion/réaction
aux interfaces sous écoulement
Comme nous l’avons déjà signalé, le couplage dit de « diffusion/réaction » constitue un
domaine actif de recherche à la fois d’un point de vue fondamental et d’un point de vue
appliqué (la compatibilisation réactive dans les mélanges). Néanmoins, à notre connaissance,
la cinétique obtenue dans le cas des macromolécules n’a jamais été évaluée, ce qui rend
difficile à l’heure actuelle la modélisation de la compétition interdiffusion/réaction dans ces
systèmes.
En effet, le déroulement de la réaction chimique entre deux polymères immiscibles (dans le
cas par exemple d’une comptabilisation réactive dans les mélanges) est composé de trois
étapes consécutives : la création des interfaces permettant aux espèces réactives de se
rencontrer, la diffusion des espèces réactives vers les interfaces et la réaction chimique
proprement dite entre les espèces réactives qui se trouvent aux interfaces. La vitesse globale
de réaction est limitée par l’étape la plus lente. Mais bien souvent il est difficile, voire
impossible, d’identifier l’étape limitante. D’ailleurs chaque étape constitue elle‐même un
problème scientifique formidable. Le manque d’outils expérimentaux capable de détecter les
concentrations diluées des groupements réactifs est aussi une cause importante de la
méconnaissance de la chimie aux interfaces. Les techniques classiques de caractérisation
proposées dans la littérature, telles que le dosage de fonctions chimiques ou la CES
(chromatographie d’exclusion stérique), ne sont utiles que pour le suivi de l’évolution de la
réactivité entre deux polymères de masses relativement faibles, ce qui se situe très loin de la
réalité dans le cadre de l’extrusion réactive par exemple.
Jeon et al. [2004] a trouvé qu’en présence de cisaillement, les constantes de réaction mesurées
sont beaucoup plus élevées que celles mesurées en condition statique. Les auteurs attribuent
ce résultat à une probabilité de collision des chaînes plus élevée avec la convection et à la
création dʹinterface due au cisaillement. De plus, lʹexpulsion de lʹinterface de copolymères
greffés ou composés de segments de masses molaires élevées est facilitée par le cisaillement.
La combinaison dʹun choix astucieux des paramètres moléculaires dʹun système de
polymères fonctionnalisés et du cisaillement a permis dʹexploiter lʹextrusion réactive comme
outil de synthèse de copolymères greffés.
Par ailleurs et malgré la diversité des études sur les matériaux multiphasiques, les travaux de
Muller et al. [1999, 2000 et 2001] sur la rhéologie des mélanges réactifs ont permis d’apporter
des réponses à la problématique de diffusion/réaction sous cisaillement. Nous détaillerons
succinctement dans la Partie C ces travaux consacrés aux mélanges de polymères
généralement à base des polymères réactifs compatibles et miscibles (copolymères du
méthacrylate d’isobutyle greffés acides et GMA). Toutefois, nous pouvons préciser que la
séparation de la création d’aire interfaciale par cisaillement de la réaction de réticulation
interfaciale dans de tels systèmes a été rendue possible grâce à l’outil rhéologique.
Partie A : Etat de l’art
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