Structure et comportement rhéologique des suspensions aqueuses de Laponite en présence de plusieurs additifs
Résumé
This study deals with aqueous Laponite suspensions. The origin of gel formation has been determined by modifying interactions between particles with added salt (NaCl) or sodium pyrophosphate which slows down the aggregation of particles and with an adsorbed polymer layer (PEO). Different techniques (visual observations, static and dynamic light scattering, conventional and optical rheology) has been used to determined the structure of these suspensions at equilibrium and under shear. A new phase diagram at long time which respects the equilibrium kinetics of the suspensions from very dilute concentrations and on a large range of ionic strenghts has been obtained. Thus, we concluded on gelation through an aggregation process rather than a vitrification by repulsion of particles of Laponite suspensions. Adsorption and kinetics of adsorption of PEO on Laponite particles were studied for a large range of concentrations and molar masses of PEO. We concluded that adsorbed polymer layer is insufficient to completely screen electrostatic interactions and protect particles against aggregation. Furthermore, the high molecular weight of PEO bridge several particles and lead more resistant aggregates even under shear.
Ce travail est centré sur l'étude des suspensions aqueuses de Laponite à l'équilibre mécanique et sous écoulement. Le premier objectif de cette étude a été de préciser les conditions de formation du gel, en faisant varier les interactions, au travers de la force ionique (NaCl) et de la présence de différents additifs comme le pyrophosphate de sodium ou des couches de polymères adsorbées (POE) qui ralentissent l'agrégation des particules. Nous avons associé pour cela différentes techniques (observations visuelles, diffusion de lumière statique et dynamique, rhéologie classique et optique). L'origine de la gélification, la structure des suspensions de Laponite à l'équilibre et sous cisaillement en présence ou non d'additifs ont également été déterminées. L'étude des suspensions, couvrant une large gamme de forces ioniques et s'étendant dans un régime très dilué, nous a permis de construire un diagramme de phase à temps long qui tient mieux compte des cinétiques d'équilibre de la Laponite et de conclure à la formation d'un gel par agrégation (et non vitrification par répulsion des particules) dans ces systèmes. L'adsorption du POE sur les particules puis la cinétique d'agrégation des suspensions de Laponite en présence du POE ont été étudiées pour différentes concentrations et masses molaires de POE. Nous concluons que la couche de polymère adsorbé ne suffit pas à écranter totalement l'influence des interactions électrostatiques. De plus, les POE de masses molaires élevées pontent plusieurs particules de Laponite formant des agrégats tenus entre eux, même sous écoulement, par l'intermédiaire du POE.