II.4. Application des concepts à l’Ethacryl® G
II.4.2. Etude des dispersions Ethacryl® G/MWNT
Pour cette étude, nous utilisons les mêmes techniques de caractérisation et les mêmes protocoles expérimentaux que lors de l’étude de la stabilisation des nanotubes de carbone par le PAA. Nous avons pour ce système déterminé le ratio pour lequel l’état de dispersion est homogène, établit la droite d’étalonnage et étudié l’effet du pH sur le système.
II.4.2.1. Détermination du ratio optimal
Les dispersions de nanotubes de carbone multiparois Arkema lot 6068 et d’Ethacryl® G ou EG dans l’eau ont tout d’abord été préparées en fixant la concentration en MWNTs à 1wt% et le pH autour de 5, comme lors de l’étude du PAA et en faisant varier la concentration en EG. Les dispersions subissent un temps de passage aux ultrasons selon le mode opératoire
décrit dans le paragraphe système étudié et techniques expérimentales de ce chapitre et la qualité de la dispersion est vérifiée en microscopie optique.
Nous avons estimé le ratio massique optimal, soit le ratio de la concentration massique en Ethacryl® G sur celle des MWNTs, autour de 0.8 avec un temps de passage aux ultrasons de 60 minutes.
II.4.2.2. Construction de la courbe d’étalonnage
Le schéma de dilution appliqué au PAA est réutilisé ici afin d’établir la droite d’étalonnage à pH = 5 pour ce nouveau système. L’absorbance de l’Ethacryl® G seul a été mesurée dans la gamme de longueur d’onde étudiée et il apparaît que comme le PAA, l’Ethacryl® G n’absorbe pas.
Pour construire cette droite, une dispersion mère de concentration en EG de 0.8wt% et en MWNT de 1wt% ayant subi un temps de passage de 60 minutes aux ultrasons est diluée en cascade selon le schéma représenté en figure II-34 par une solution à 0.8wt% d’EG à pH = 5.
Figure II-34 : Schéma de dilution d’une dispersion PAA/MWNT de ratio = 0.3 pour établir la courbe d’étalonnage.
Nous effectuons comme dans le cas de l’étude du PAA une correction de concentration dans les dispersions filles en faisant un extrait sec de la dispersion mère. Ce protocole est détaillé au paragraphe II.I.2.1. Nous déduisons de ces extraits secs que 46,3% des nanotubes de carbone initialement introduits sont réellement dispersés dans la suspension mère et 5,0 % de l’EG est adsorbé sur les nanotubes de carbone. Ces données peuvent être converties en
mg d’EG par m2 de nanotubes de carbone en utilisant la densité des nanotubes de carbone multiparois de 1.75 g.cm-3 [Schaffer]. Ainsi 7.6 mg d’EG sont adsorbés sur 1 m2 de nanotubes de carbone multiparois, ce qui semble bien supérieur aux valeurs de la littérature et notamment de celle de Badaire et al. [Badaire Thèse] et au PAA. Il faut toutefois noter que la masse moléculaire de l’EG est bien inférieure au PAA utilisé.
Les concentrations sont donc corrigées en conséquence.
Table II-5 : Tableau récapitulatif des corrections de concentrations après calcul de la quantité de nanotubes de carbone réellement dispersée après 60 minutes d’ultrasons
Les spectres UV-visible des surnageants des cinq dispersions filles sont représentés en tenant compte des corrections de dilution (figure II-35).
100 200 300 400 500 600 700 800 0 1 2 A b s o rb a n c e ( u n it é a rb .) longueur d'onde (nm) EG seul 0,00463 mg.mL-1 MWNT+EG 0,00926 mg.mL-1 MWNT+EG 0,01852 mg.mL-1 MWNT+EG 0,03704 mg.mL-1 MWNT+EG
Figure II-35 : Spectres UV-visible donnant l’absorbance des dispersions filles diluées 20 fois en fonction de la longueur d’onde afin d’établir la courbe d’étalonnage
Les spectres présentent un maximum à 273 nm et les absorbances correspondant à ces maximums sont reportées sur un graphique donnant l’absorbance en fonction de la concentration en MWNTs réellement dispersés (figure II-36).
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 a b s o rb a n c e ( u n it é a rb .) concentration en NTC (mg.mL-1)
Figure II-36 : Courbe d’étalonnage des dispersions EG/MWNT
Les points forment une droite passant par l’origine, ce qui satisfait la loi de Beer-Lambert et nous permet ainsi de pouvoir relier l’absorbance des dispersions à la concentration en nanotubes de carbone en mg.mL-1.
L’équation de droite est la suivante :
X Y =48.01
Nous pouvons comme dans le cas du PAA quantifier la concentration en nanotubes de carbone réellement dispersés par l’Ethacryl® G.
II.4.2.3. Effet du pH sur l’état de dispersion
L’effet du pH est étudié sur les suspensions EG/MWNT en fixant les concentrations en EG à 8 mg.mL-1 et en MWNT à 1 mg.mL-1, ce qui correspond aux concentrations du ratio optimal de 0.8. Les observations microscopiques des dispersions à différents pHs montrent un effet important du pH sur l’état de dispersion des suspensions EG/MWNT (figure II-37).
Figure II-37 : Clichés de microscopie optique de l’état de dispersion de suspensions ratio EG/MWNTs de 0.8 en fonction du pH pour une durée de passage aux ultrasons de 60 minutes.
Les spectres UV-visible de ces dispersions confirment également cette forte influence du pH sur l’état de dispersion (figure II-38).
Figure II-38 : Spectres UV-visible représentant l’absorbance de dispersions de ratio EG/MWNT = 0.8 à différents pHs en fonction de la longueur d’onde
Contrairement aux dispersions PAA/MWNT, à pH 2, la dispersion EG/MWNT reflète une absorbance très élevée qui montre que l’état de dispersion à ce pH est bon. Il existe une gamme de pH comprise entre 2 et 5 où l’absorbance est élevée. Cette gamme comprend un optimum à pH = 5 similaire au PAA.
A pH = 7, la dispersion contient beaucoup d’agrégats et l’absorbance mesurée est très faible. Enfin, à pH = 9, la dispersion contient également beaucoup d’agrégats et l’absorbance à ce pH est quasiment nulle.