ETUDE EXPERIMENTALEETUDE EXPERIMENTALE
ETUDE EXPERIMENTALE
Dans le chapitre précédent nous avons mis en évidence l’importance qui doit être donnée aux aspects physico-chimiques et aux paramètres du procédé dans l’étude de la dispersion des poudres en milieu liquide.
Dans ce chapitre prendra place l’étude expérimentale de la dispersion de poudre en milieu liquide. Pour mener à bien cette investigation, la poudre employée est le talc fractionné sous différentes granulométries.
En premier lieu seront exposées la descriptiondescriptiondescriptiondescription et l’obtention de cette poudre. Il y succèdera les caractérisations physiquearactérisations physiquearactérisations physique et physico chimiquearactérisations physique physico chimiquephysico chimiquephysico chimique de la poudre.
Ensuite, le montage expérimental sera résumé. Nous utilisons un capteur à fibre optiquecapteur à fibre optiquecapteur à fibre optique, ce capteur à fibre optique dernier, décrit dans le précédant chapitre ayant déjà été utilisé pour quantifier la dispersion du cacao dans l’eau.
Les cinétiques de dispersion ont été lissées avec un modèle exponentiel à deux paramètres. Ces derniers nous permettent d’étudier l’influence de la concentrationconcentrationconcentration en particules à disperser concentration dans le liquide mais surtout l’influence de la vitesse d’agitationvitesse d’agitationvitesse d’agitation à laquelle seront soumises les vitesse d’agitation particules. L’étude de la tension de surfacetension de surfacetension de surfacetension de surface du liquide prendra place puisque comme cela a été mentionné au préalable, le mouillage d’une poudre est une étape primordiale dans le processus de dispersion.
Au cours de ce chapitre les comportements en dispersion seront analysés ; nous définirons des paramètres caractéristiques qui seront mis en relation avec les propriétés des solides divisés étudiés.
1.
1.1.
1. LE TALCLE TALCLE TALC LE TALC
Le choix d’étudier le comportement en dispersion du talc a été effectué pour diverses raisons. A la vue du système de mesure utilisé, il est apparu opportun d’utiliser une poudre de couleur claire, ceci pour obtenir une précision plus importante dans les résultats. Le talc est une poudre connue pour avoir de très nombreuses applications comme nous le détaillerons ci- dessous. Il est chimiquement inerte, insoluble et donc n’interagira pas avec les solvants aqueux. Il est hydrophobe et ne sera donc pas facilement mouillable, la dispersion n’en sera que plus lente et plus difficile.
La dispersion de ce solide divisé sera donc étudiée.
1.1.
1.1.1.1.
1.1.GENERALITES GENERALITES GENERALITES GENERALITES ---- MINERALOGIE DU TALC MINERALOGIE DU TALC MINERALOGIE DU TALC MINERALOGIE DU TALC
Le talc est un phyllosilicate trioctaédrique à trois couches dont la formule structurale
Mg
3Si
40
10(OH)
2 peut être schématisée de la façon suivante (Figure II. 1):Figure II. Figure II. Figure II.
Figure II. 111: Schéma structural du talc (Betekhine, 1968), 1: Schéma structural du talc (Betekhine, 1968), : Schéma structural du talc (Betekhine, 1968), : Schéma structural du talc (Betekhine, 1968), A Projection
A Projection A Projection
A Projection du réseau hexagonal sur le plan 001. du réseau hexagonal sur le plan 001. du réseau hexagonal sur le plan 001. du réseau hexagonal sur le plan 001. B Projection des 3 couches sur le plan 110. B Projection des 3 couches sur le plan 110.B Projection des 3 couches sur le plan 110. B Projection des 3 couches sur le plan 110.
La couche centrale, constituée d'octaèdres de type brucite, est emprisonnée entre deux couches de tétraèdres de silice. Les feuillets élémentaires sont électriquement neutres et ne sont reliés entre eux que par des interactions de Van der Walls. Ce type d'interactions est à l'origine de la lamellarité du talc et donc de sa douceur. L'équidistance d'empilement est de 9,36 Å. Les Figure II. 1 II. 2 représentent respectivement la structure cristalline sous forme de projection et la structure du talc.
Figure II. Figure II. Figure II.
Figure II. 222 : Structure du talc2 : Structure du talc : Structure du talc : Structure du talc
Cette structure en feuillets, propre à tous les phyllosilicates, fait apparaître deux types de surfaces :
• Surfaces de type basalbasalbasal formées par les liaisons siloxanes Si-O-Si, nombreuses et peu basal réactives.
• Surfaces latéraleslatéraleslatérales composées de fonctions silanols Si-O et de fonctions Mg-O, latérales beaucoup plus réactives.
Ces deux types de surfaces induisent de nombreuses propriétés et certaines spécificités de comportement (Villieras F.
et al.
, 2002).1.2.
1.2.1.2.
1.2.PROPRIETES CHIMIQUESPROPRIETES CHIMIQUESPROPRIETES CHIMIQUESPROPRIETES CHIMIQUES DU TALC DU TALC DU TALC DU TALC
1.2.1.
1.2.1.1.2.1.
1.2.1. Le talc : acide ou basiqueLe talc : acide ou basiqueLe talc : acide ou basique ?Le talc : acide ou basique???
La tendance globale du talc est basique, (Comard M.P., 2001; Michot L.J., 1990). Or la basicité ne peut provenir que des surfaces basalesdes surfaces basalesdes surfaces basalesdes surfaces basales. Elles présentent en effet des liaisons Si-O-Si. Dans cette configuration, l'oxygène contient deux paires d'électrons libres. Selon la définition de Lewis, une base est une espèce qui peut offrir une paire d'électrons à une autre espèce chimique. Une base de Lewis est donc un donneur d'électrons.
Les surfaces latéralessurfaces latéralessurfaces latéralessurfaces latérales présentent un caractère plutôt acide au sens de Brönsted-Lowry : un acide est une espèce qui a tendance à perdre un proton. Or ces surfaces présentent des fonctions silanols Si-OH, dont un hydrogène est labile. De plus, le talc présente des sites superficiels susceptibles de former des liaisons hydrogènes, ce qui lui confère une forte acidité.
1.2.2.
1.2.2.1.2.2.
1.2.2. Le talc : hydrophile ou hydrophobe ?Le talc : hydrophile ou hydrophobe ?Le talc : hydrophile ou hydrophobe ? Le talc : hydrophile ou hydrophobe ?
De prime abord, le talc semble être hydrophobe. En effet, lorsqu'il est dispersé dans une phase aqueuse, on observe une flottation des particules, paramètre signifiant le caractère plutôt hydrophobe de cette argile.
Cette hydrophobicité provient des surfaces basales (structure en feuillets) qui présentent des ponts siloxanes. Ces surfaces sont majoritaires et le talc est considéré comme hydrophobe. Les surfaces latérales présentent, elles, un comportement plus hydrophile de par la présence de fonctions silanols qui sont hydrophiles. Or certaines études, (Michot L.J., 1990; Malandrini H, 1996), mettent en évidence que l'hydrophobie proviendrait en fait des molécules adsorbées en surface telle que l'azote. Le talc dégazé ne peut être considéré comme hydrophobe, car les tétraèdres de silice présents au niveau des surfaces basales forment une cage hexagonale au fond de laquelle se trouve un hydroxyle appartenant à la couche octaédrique. Les molécules ayant un moment multipolaire élevé s'adsorbent sur ces sites en interagissant avec l'hydroxyde (-OH). Dans des conditions ambiantes, l'adsorption de vapeur d'eau neutralise ces sites de forte énergie, ce qui explique cette apparente hydrophobicité.
En résumé, le talc apparaît à
l'état naturel
comme étant hydrophobehydrophobehydrophobehydrophobe.Ces éléments seront pour nous essentiels à prendre en compte. Dans un procédé de dispersion, la poudre ne subit pas de traitement préalable de dégazage ; elle doit être utilisée dans son état naturel. Cependant, les conditions de stockage, de transport ainsi que l’historique de la poudre seront des paramètres à prendre en compte lors des essais. Les poudres seront en effet susceptibles d’avoir des hydrophobicités différentes en fonction du degré d’humidité relative à laquelle elles auront été exposées.
1.3.
1.3.1.3.
1.3.ENERGIE DE SURFACEENERGIE DE SURFACEENERGIE DE SURFACEENERGIE DE SURFACE
Comme nous l'avons précédemment signifiée, l'énergie de surface se décompose en un terme dispersif et un terme non dispersif (polaire).
1.3.1.
1.3.1.1.3.1.
1.3.1. Composante dispersiveComposante dispersiveComposante dispersive Composante dispersive
En fonction de la méthode de mesure utilisée pour accéder à la composante dispersive de l'énergie de surface du talc, les résultats sont très disparates. En effet, mesurée par dépôt de gouttes à la surface du solide (Schrader M.E. & Yariv S., 1990), elle est de 44,9 mJ/m2
. Mesurée par la technique de la capillaire en utilisant l’équation de Washburn, elle oscille entre de 30,7 à 38,3 mJ/m2
en fonction du traitement des résultats, à savoir, traitement par le calcul ou de façon strictement graphique (Van Oss C.J.
et al.
, 1993). Par calorimétrie d'immersion,Malandrini (Malandrini H
et al.
, 1997) trouve une valeur de 59 mJ/m2, une différence si importante est due au dégazage du talc préalable à l'immersion pour les résultats de Malandrini et à l'adsorption d'eau à la surface de la poudre pour les résultats de Van Oss.
Ces données caractérisent la composante dispersive pour, en théorie, l'ensemble de la poudre, surfaces basales et latérales. Or les surfaces basales sont d'énergie beaucoup plus faible que les latérales et selon Michot, (Michot L.J., 1990), on aurait une valeur de 35 mJ/m2
pour les basales et de 140 mJ/m2
pour les latérales par CGI. Ce dernier résultat est très proche de celui trouvé par Comard (Comard M.P., 2001).