Matériaux et Méthodes
II.2. Méthodes expérimentales
II.2.5. Propriétés de transport
Les propriétés de transport de nos films ont été étudiées en sorption. Cette technique nous a permis de calculer les paramètres cinétiques et thermodynamiques caractérisant le transport d’eau et d’éthanol dans nos films.
II.2.5. a) Les liquides étudiés
Les liquides utilisés durant ce projet de recherche sont donc l’eau et l’éthanol. L’eau est souvent considérée comme une molécule modèle pour l’étude des propriétés de transport de polymères polaires. Il est en effet intéressant de connaître son comportement puisque cette molécule est présente dans les atmosphères ambiantes qui entourent le polymère. L’éthanol a été étudié parce qu’il est de plus en plus utilisé dans la composition de nouvelles essences [17-19].
Le tableau 10 résume les masses volumiques, les diamètres cinétiques et les paramètres de solubilité des deux liquides étudiés :
ρρρρ (g.cm-3) dcinétique (Å) δδδδ (cal1/2/cm3/2)
Éthanol 0,79 4,46 [20] 12,7 [21, 22]
Eau 1 2,65 [20] 23,4 [21, 22]
Tableau 10 – Caractéristiques des liquides utilisés
II.2.5. b) Sorption en milieu liquide
Les échantillons de masse initiale parfaitement connues, séchés au préalable à 50°C pendant 24 heures sous vide, sont plongés dans le liquide pur. Ils sont sortis du liquide à des intervalles de temps régulier, essuyés délicatement, et pesés rapidement. Par différence entre la masse de l’échantillon au temps t et sa masse initiale, nous avons accès à la masse de
Cette technique d’essuyage – pesée a été réalisée à 22°C et permet d’avoir accès :
• au gain de masse à l’équilibre de sorption :
0 eq eq m G m = Équation 66 Avec m0, la masse initiale du polymère sec (g)
meq, la masse de liquide sorbé à l’équilibre (g)
• à des données cinétiques par l’analyse des courbes :
Équation 67
Avec mt, la masse de liquide sorbé à un temps t (g) L, l’épaisseur de l’échantillon (cm)
t, le temps
Pour cette technique à priori simple, il est toutefois nécessaire de bien veiller aux conditions d’essuyage. Ce dernier doit être réalisé rapidement pour ne pas fausser la cinétique de sorption mais doit également être total pour ne pas peser des gouttes de liquide restées à la surface du film.
II.2.5. c) Sorption de vapeur
Les études de sorption de vapeur ont été réalisées à l’eau et à l’éthanol. L’appareil utilisé est un DVS (Dynamic Vapor Sorption) Advantage 1 de chez SMS UK (Surface Measurement
Cette microbalance permet de mesurer la variation de masse en fonction du temps d’un échantillon, jusqu’à l’obtention de l’équilibre, sous activité de vapeur et température contrôlées. L’instrument est représenté figure 112.
Figure 112 – Le système de sorption de vapeur dynamique (DVS)
L’échantillon est mis dans une capsule d’aluminium qui est placée sur une nacelle accrochée au fléau de la microbalance. Une capsule vide sert de référence (figure 113). Le système est placé dans une enceinte dont la température a été réglée à 40°C.
L’échantillon subit pendant environ 12 heures sous balayage d’azote (200 ml/min) une désorption préliminaire qui a pour but d’éliminer l’eau contenue dans le matériau (quantité environ égale à 2%) et de déterminer la masse m0 de l’échantillon séché. Ensuite, une activité de vapeur est imposée et l’appareil enregistre alors la prise de masse en fonction du temps. L’expérience est arrêtée lorsque la variation de masse par rapport au temps est inférieure à 0.0002 % par minute.
Figure 113 – Schéma du principe du DVS
Nous n’avons pas travaillé par incrément d’activité du fait de la longueur de certaines expériences de sorption. Ainsi, pour chaque activité imposée (0,3 / 0,5 / 0,7 / 0,8 ou 0,9), nous avons enregistré les évolutions de masse en fonction du temps en prenant pour chaque expérience un nouvel échantillon.
Cette technique de sorption de vapeur nous a permis de construire les isothermes de sorption
de nos films (représentation de
0 eq eq m G m
= en fonction de l’activité, meq étant la masse de vapeur sorbée à l’équilibre pour chaque activité concernée (figure 114)).
Figure 114 – Construction et représentation d’une isotherme de sorption (Geq = f(a))
Cette technique permet également d’étudier les cinétiques de sorption pour chaque activité en
traçant le rapport t eq
m
m en fonction de t
1/2/L ; avec mt la masse de vapeur sorbée à un temps t,
II.3. Conclusion
Ce chapitre Matériaux et Méthodes nous a permis de décrire d’une part, la matrice et les charges lamellaires qui ont été étudiées durant ce projet de recherche. Nous avons également décrit en détails la manière dont ont été mis en œuvre nos films et d’autre part, toutes les techniques expérimentales et les méthodologies associées qui nous ont permis de donner une description approfondie de la morphologie, de la structure et des propriétés barrière de nos films. Nous avons d’ailleurs vu que l’estimation des différentes phases cristallines par calorimétrie différentielle ou par diffraction des rayons X pouvait s’avérer délicate, notamment à cause des allures de thermogrammes différentes entre deux films ou de la convolution importante du halo amorphe et des pics de diffraction des phases α et γ.
Les deux chapitres suivants vont désormais présenter les résultats expérimentaux, relatifs à l’étude de la microstructure cristalline, d’une part, et à l’étude des propriétés barrière, d’autre part.
II.4. Références bibliographiques
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