Polyethylene/Polyamide immiscible polymer blends filled with clay nanoparticles :structure – morphology – rheology relationships
Alliages de thermoplastiques immiscibles Polyéthylène/Polyamide chargés de nanoparticules d'argile : relations structure – morphologie – rhéologie
Résumé
The originality of this study is to compare structural, morphological and rheological characteristics of two ternary blends having a nodular morphology: the first one, a polyethylene (PE) matrix blend and the other one, a polyamide (PA) matrix blend. The organoclay used is a modified montmorillonite (C30B) having a good affinity towards PA.
One of the main results of this study is the drastic nodules size reduction by adding small fractions of organoclay. Mechanisms, responsible of this size reduction, depend on clay location. Clay localized at the interface favours the formation of an interphase. In this case, the nodule size reduction is attributed to the coalescence suppression (internodular steric repulsion) combined with the decrease of interfacial tension. The dispersion of clay in the matrix generates an increase of the viscosity, favouring the mechanism of rupture of nodules. Moreover, the nodule size reduction is amplified by suppressing coalescence due to the dispersion of clay in the matrix.
The linear viscoelastic properties are discussed in relation to structure and morphology. The rheological behaviour of PE matrix blends is closed to that of the PE/PA neat blend. On the other hand, PA matrix blend behaviour is comparable to that of PA/C30B nanocomposites.
At low clay fractions, we also showed that the use of a PA/C30B masterbatch for the preparation of samples improves the level of intercalation and exfoliation degree of clay, so modifying mechanisms responsible of nodule size reduction.
One of the main results of this study is the drastic nodules size reduction by adding small fractions of organoclay. Mechanisms, responsible of this size reduction, depend on clay location. Clay localized at the interface favours the formation of an interphase. In this case, the nodule size reduction is attributed to the coalescence suppression (internodular steric repulsion) combined with the decrease of interfacial tension. The dispersion of clay in the matrix generates an increase of the viscosity, favouring the mechanism of rupture of nodules. Moreover, the nodule size reduction is amplified by suppressing coalescence due to the dispersion of clay in the matrix.
The linear viscoelastic properties are discussed in relation to structure and morphology. The rheological behaviour of PE matrix blends is closed to that of the PE/PA neat blend. On the other hand, PA matrix blend behaviour is comparable to that of PA/C30B nanocomposites.
At low clay fractions, we also showed that the use of a PA/C30B masterbatch for the preparation of samples improves the level of intercalation and exfoliation degree of clay, so modifying mechanisms responsible of nodule size reduction.
L'originalité de cette étude consiste à confronter les caractéristiques structurales, morphologiques et rhéologiques de deux systèmes ternaires à morphologie nodulaire : l'un à matrice polyéthylène (PE) et l'autre à matrice polyamide (PA). La nanocharge utilisée est une montmorillonite modifiée (C30B) présentant une bonne affinité pour le PA.
L'un des principaux résultats est que l'ajout de faibles fractions d'argile réduit considérablement la taille des nodules. Les mécanismes responsables de cette réduction de taille dépendent de la localisation de l'argile. L'argile localisée à l'interface favorise la formation d'une interphase. Dans ce cas, la réduction de la taille des nodules est attribuée à la suppression de la coalescence (effet stérique inter-nodulaire) combinée à une réduction de la tension interfaciale apparente. L'argile présente dans la matrice engendre une augmentation de la viscosité de cette dernière, favorisant la rupture des nodules. Elle génère aussi un effet barrière à la coalescence, amplifiant la réduction de la taille des nodules.
Les propriétés viscoélastiques linéaires sont discutées en relation avec la structure et la morphologie. Le comportement rhéologique des systèmes ternaires à matrice PE est proche de celui du mélange PE/PA tandis que les systèmes à matrice PA suffisamment chargés ont un comportement comparable à celui d'un nanocomposite PA/C30B.
Pour de faibles taux de charge, nous avons aussi montré que l'utilisation d'un mélange maître lors de l'élaboration améliore le niveau d'intercalation et le degré d'exfoliation de l'argile, et modifie les différents mécanismes responsables de la réduction en taille des nodules.
L'un des principaux résultats est que l'ajout de faibles fractions d'argile réduit considérablement la taille des nodules. Les mécanismes responsables de cette réduction de taille dépendent de la localisation de l'argile. L'argile localisée à l'interface favorise la formation d'une interphase. Dans ce cas, la réduction de la taille des nodules est attribuée à la suppression de la coalescence (effet stérique inter-nodulaire) combinée à une réduction de la tension interfaciale apparente. L'argile présente dans la matrice engendre une augmentation de la viscosité de cette dernière, favorisant la rupture des nodules. Elle génère aussi un effet barrière à la coalescence, amplifiant la réduction de la taille des nodules.
Les propriétés viscoélastiques linéaires sont discutées en relation avec la structure et la morphologie. Le comportement rhéologique des systèmes ternaires à matrice PE est proche de celui du mélange PE/PA tandis que les systèmes à matrice PA suffisamment chargés ont un comportement comparable à celui d'un nanocomposite PA/C30B.
Pour de faibles taux de charge, nous avons aussi montré que l'utilisation d'un mélange maître lors de l'élaboration améliore le niveau d'intercalation et le degré d'exfoliation de l'argile, et modifie les différents mécanismes responsables de la réduction en taille des nodules.
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