Structure and rheological properties of transient network filled with silica nanoparticles

Structures et propriétés rhéologiques de réseaux transitoires chargés par des nanoparticules de silice

Nicolas Puech (1)

1 LCVN - Laboratoire des colloïdes, verres et nanomatériaux

Structural and rheological properties of viscoelastic fluids - transient networks filled with silica nanoparticles - have been studied. Three different viscoelastic matrices have been prepared: two connected and filled microemulsion networks with different droplet sizes (30 and 100 Å) and an aqueous telechelic tribloc copolymer gel. The two characterisation techniques, rheology and small angles neutron scattering allow us to link the rheological properties to the structure of this filled matrix. The rheological reinforcement factor of the gel is greater than the theorical predictions by Smallwood and Einstein, which apply to elastomers and dilute colloidal solutions. The structure measured by small angles neutron scattering proves that silica nanoparticles are well dispersed in the viscoelastic medium. A surfactant layer appears to be absorbed on the hydrophilic surface in the microemulsion case. This phenomenon leads to an increase of the number of active links per unit volume upon addition of silica nanoparticles. Macroscopically, this increase allows us to understand the shift of the percolation thresholds.

Nous avons étudié les propriétés structurales et rhéologiques de gels viscoélastiques de réseaux transitoires connectés et chargés par des nanoparticules de silice. Trois matrices viscoélastiques ont été préparées : deux microémulsions connectées possédant des gouttelettes de taille différente (30 et 100 Å) et un gel aqueux de copolymère tribloc. Les deux techniques de caractérisation employées sont la rhéologie et la diffusion de neutrons aux petits angles, ce qui nous a permis de relier les propriétés rhéologiques à la structure de ces réseaux chargés. Le facteur de renforcement rhéologique de ces gels est supérieur aux prévisions de Smallwood et d'Einstein appliquées respectivement aux élastomères et aux solutions colloïdales diluées. D'autre part, l'investigation de la structure menée par diffusion de neutrons aux petits angles montre des particules de silice bien dispersées dans la matrice. Une couche de tensioactifs est absorbée sur la surface de la silice dans le cas des microémulsions. Ce mécanisme mène à une augmentation du nombre de liens actifs par unité de volume en présence de nanoparticules. Macroscopiquement, cette augmentation permet d'expliquer le décalage du seuil de percolation.

Mots clés: transient networks; telechelic copolymer; micellar solutions; viscoelastic gels; small angles neutron scattering; rheology; mechanical reinforcement.

Mots clés: réseaux transitoires; copolymère téléchélique; microémulsion; micelles; gels viscoélastiques; diffusion de neutrons aux petits angles; rhéologie; renforcement mécanique.; renforcement mécanique

Domaines: Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]

Nicolas Puech. Structures et propriétés rhéologiques de réseaux transitoires chargés par des nanoparticules de silice. Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]. Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00353271⟩