Relations between rheological properties and microscopique structure of clay particle dispersions in polymer solutions
Relation entre propriétés rhéologiques et structure microscopique de dispersions de particules d'argile dans des dispersions de polymères
Résumé
The clay is used with polymer solutions in numerous applications such as drilling muds or to make textile fibers fireproof. Because of the very particular structure of the clay particles, with several scales of association of platelets, the rheological properties of clay dispersions in aqueous polymer solutions strongly depend on the mechanical history of the material. An ageing study of clay dispersion in aqueous CMC solutions showed the effect of time, in particular on the existence of a yield stress and its evolution. The rheological measurements display gel like behaviours. They are the result of formation, within the fluid, of different kind of networks, depending on the continuous phase. The partially exfoliated particles join together according to mechanisms which depend on the pH. While in the polymer solution, it seems that particle aggregates are connected through the macromolecular chains. The influence of the temperature and the pH on the rheological properties is studied. Several independent experiments show a non-monotonous evolution of the mechanical properties of the fluids as the temperature increases. It may be due to an increase of the mobility of the macromolecular chains favouring the dissociation of the particles aggregates. The control of the pH allows the particle-particle and particle-polymer interactions to be modified and to therefore act on the mechanical properties of the gels.
L'argile est utilisée avec des polymères en solution dans de nombreuses applications telles que les boues de forage ou encore pour rendre les fibres textiles résistantes au feu. Du fait de la structure très particulière des particules d'argile, avec plusieurs échelles d'association de feuillets, les propriétés rhéologiques de dispersions d'argile dans des solutions de polymère dépendent fortement de l'histoire mécanique du matériau. Une étude de vieillissement des dispersions d'argile dans les solutions aqueuses de CMC a montré l'effet du temps, en particulier sur l'existence d'un seuil de contrainte et son évolution. Les mesures rhéologiques mettent en évidence des comportements de type « gel ». Ils résultent de la formation, au sein du fluide, de réseaux élastiques de nature différente selon la phase continue utilisée. Dans l'eau, les particules partiellement exfoliées s'associent entre elles selon des mécanismes qui dépendent du pH. Alors que dans la solution de polymère, il semble que des agrégats de particules soient connectés entre eux par l'intermédiaire des chaînes macromoléculaires. L'influence de la température et du pH sur les propriétés rhéologiques a été examinée. Plusieurs expériences indépendantes ont montré une évolution non monotone des caractéristiques mécaniques des fluides lorsque la température augmente. Ceci peut s'expliquer en invoquant un accroissement de la mobilité des chaînes favorisant l'ouverture des agrégats se dissociant en agrégats de plus petite taille. Le contrôle du pH quant à lui permet de modifier les interactions particule-particule et particule-polymère et, de ce fait, d'agir sur les propriétés mécaniques des gels formés.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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