Intercalation de quelques molécules polaires dans des kaolinites camerounaises et application dans l'élaboration des matériaux composites

Résumé

L’objectif de ce travail est de contribuer à l’identification des paramètres influençant l’intercalation de petites molécules polaires au sein de la kaolinite, en vue d’améliorer sa délamination/exfoliation lorsqu’elle est utilisée comme charge dans les nanocomposites. La spectroscopie d’émission atomique par couplage au plasma inductif, la diffraction de rayons X, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, l’analyse thermogravimétrique, la calorimétrie différentielle à balayage et l’adsorption de diazote ont été mobilisées pour caractériser les quatre kaolins utilisés et pour obtenir les paramètres permettant d’analyser les mécanismes mis en jeu dans l’intercalation, puis dans l’élaboration des nanocomposites à partir des produits d’intercalation. Les paramètres structuraux des kaolinites ont permis de mettre en lumière l’influence des défauts sur l’intercalation du DMSO et de l’urée. L’intercalation est favorisée en l’absence de défauts sur le plan des feuillets. La modification de l’état de polarité des mélanges formamide-eau et urée-eau permet d’établir que les niveaux d’intercalation sont accrus avec l’augmentation du moment dipolaire et de la constante diélectrique. L’augmentation de la polarité relative entraine la solvatation des feuillets. La modélisation du processus d’entrée interfoliaire indique que les molécules pénètrent dans l’espace interfoliaire couchées sur le plan des feuillets. Après entrée, leur orientation, dans l’espacement interfoliaire, dépend de l’activité/électronégativité de leurs atomes ainsi que de leurs dimensions. L’utilisation des complexes d’intercalation permet de réaliser, pour la toute première fois, des composites de résines de formaldhéhyde par polymérisation intrafoliaire au sein de la kaolinite. L’une des résines, le poly(formamide−formaldéhyde), est synthétisée ici pour la première fois. Les nanocomposites obtenus de kaolinite-poly(formamide−formaldéhyde) et kaolinite- poly(urée−formaldéhyde) présentent respectivement, une structure intercalée et une structure exfoliée. La kaolinite exfoliée/délaminée au sein de ces nanocomposites, augmente la résistance à l’eau des résines avec une diminution des émissions de formaldéhyde.

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