Une nouvelle procédure pour de meilleurs thermoplastiques
Nouvelles perspectives grâce à la nano-imagerie et à la spectroscopie à la ligne de faisceau IRIS de BESSY II
Les thermoplastiques biosourcés sont produits à partir de matières organiques renouvelables et peuvent être recyclés après utilisation. Leur résilience peut être améliorée en mélangeant des thermoplastiques biosourcés avec d'autres thermoplastiques. Cependant, l'interface entre les matériaux de ces mélanges doit parfois être améliorée pour obtenir des propriétés optimales. Une équipe de l'université technologique d'Eindhoven, aux Pays-Bas, vient d'étudier à BESSY II comment un nouveau procédé permet de fabriquer des mélanges thermoplastiques à haute résistance interfaciale à partir de deux matériaux de base : Des images prises à la nouvelle station nano de la ligne de faisceau IRIS ont montré que des couches nanocristallines se forment au cours du processus, ce qui augmente les performances du matériau.
Les thermoplastiques biosourcés sont considérés comme respectueux de l'environnement, car ils proviennent de matières premières non pétrolières et peuvent être recyclés comme les thermoplastiques standard. L'acide polylactique (PLA), qui peut être produit à partir de canne à sucre ou de maïs, est un matériau thermoplastique de base. Des chercheurs du monde entier s'efforcent d'optimiser les propriétés des plastiques à base de PLA, par exemple en les mélangeant à d'autres matériaux thermoplastiques de base. Il s'agit toutefois d'un véritable défi.
Un nouveau procédé pour de meilleurs mélanges
Aujourd'hui, une équipe de l'Université technique d'Eindhoven dirigée par le professeur Ruth Cardinaels montre comment le PLA peut être mélangé avec succès à un autre thermoplastique. Ils ont mis au point un procédé dans lequel certains copolymères à base de PLA (par exemple le SAD) sont formés pendant la production, ce qui facilite le mélange des deux matières premières en formant des couches (stéréo)-cristallines particulièrement stables aux interfaces entre les différentes phases du polymère (stratégie ICIC).
Aperçu de la ligne de faisceaux IRIS
À BESSY II, les chercheurs ont maintenant découvert quels procédés garantissent que les propriétés mécaniques du thermoplastique mélangé sont nettement meilleures. Pour ce faire, ils ont examiné des mélanges purs à 50 % de thermoplastiques PLA et de fluorure de polyvinylidène (PVDF) ainsi que des échantillons avec des copolymères à base de PLA sur la ligne de faisceau IRIS de BESSY II.
Cristaux stéréocomplexes aux interfaces
En utilisant la spectroscopie infrarouge sur la ligne de faisceau IRIS, le doctorant Hamid Ahmadi a pu démontrer la formation du copolymère SAD à base de PLA. D'autres mesures aux rayons X ont montré comment la formation du SAD affecte le comportement de cristallisation. Les nouvelles capacités de nano-imagerie et de spectroscopie de la ligne de faisceau IRIS permettent une visualisation et une identification chimiques avancées à partir d'échantillons d'une taille aussi petite que 30 nm. Cette précision a été cruciale pour déterminer que les cristaux de stéréocomplexes sont exclusivement situés à l'interface. Les images de nanoscopie infrarouge ont montré une couche de cristaux de stéréocomplexes de 200 à 300 nm d'épaisseur aux interfaces.
Raison d'une plus grande stabilité
La formation de cristaux stéréocomplexes aux interfaces augmente la stabilité et la température de cristallisation. La nucléation à l'interface accélère le processus global de cristallisation dans le mélange PLLA/PVDF. En outre, la couche cristalline interfaciale améliore le transfert des contraintes mécaniques entre les phases et donc les propriétés de traction ; l'allongement à la rupture augmente même de 250 %.
"En élucidant l'emplacement et la distribution de la couche cristalline dans nos échantillons, nous avons pu mieux comprendre la procédure de mélange", explique Hamid Ahmadi. "En développant une nouvelle stratégie, nous avons ouvert la voie au développement de mélanges de polymères à haute performance", ajoute Ruth Cardinaels.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Hamid Ahmadi, Paul M. H. van Heugten, Alexander Veber, Ljiljana Puskar, Patrick D. Anderson, Ruth Cardinaels; "Toughening Immiscible Polymer Blends: The Role of Interface-Crystallization-Induced Compatibilization Explored Through Nanoscale Visualization"; ACS Applied Materials & Interfaces, Volume 16, 2024-10-16
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