Recommandations pour travaux futurs

Plusieurs voies et pistes de réflexion suite aux différentes lectures, manipulations et résultats n’ont pas pu être faites dans le cadre de cette maitrise. Toutefois, ces dernières seraient très intéressantes pour la poursuite travaux sur ce sujet.

Pour commencer, des tests de rhéologie pourraient être faits afin d’analyser le comportement viscoélastique du mélange de polymère. La rhéologie est une analyse permettant de soumettre un échantillon à une contrainte (*) soit dynamique ou statique et de mesurer la réponse donc la déformation (γ*) de l’échantillon à une température fixée. L’élasticité est la capacité que possède un matériau à stocker l’énergie de déformation (loi de Hooke) (88). Cela peut également être considéré comme la capacité d’un matériau à reprendre sa forme initiale après avoir subi une déformation. De son côté, la viscosité démontre l’aptitude d’un matériau à

53 résister à l’écoulement et donc de dissiper l’énergie de déformation (loi de Newton) (88). Les matériaux possèdent un comportement mitoyen entre ces deux derniers nommé viscoélasticité. Afin de déterminer la proportion de chaque comportement chez le matériau, une déformation sinusoïdale à une fréquence choisie () est appliquée. Grâce à l’appareil, il est possible d’obtenir la contrainte sinusoïdale résultante et par corrélation d’obtenir les propriétés élastiques et visqueuses de l'échantillon. Donc, si le comportement de la contrainte résultante est proportionnel à l’amplitude de déformation cela signifie que le matériau suit la loi de Hooke et est ainsi considéré comme un solide élastique idéal. Les deux signaux obtenus sont donc en phases (89). Par contre, si l’échantillon se comporte plutôt comme un fluide idéal, selon la loi de Newton, la contrainte sera proportionnelle à la vitesse de déformation et les signaux déphasés de 90° l’un par rapport à l’autre (89). Toutefois, pour un matériau viscoélastique, l’angle se situe entre les deux comportements extrêmes puisque chacun apporte une contribution. Le signal de la contrainte est séparé en deux composantes, c’est-à-dire une visqueuse et une élastique. Ces dernières peuvent être reliées aux propriétés du matériau.

Grâce au rhéomètre ARES disponible au laboratoire ainsi qu’une géométrie plan-plan, il serait possible de déterminer les propriétés viscoélastiques d’un matériau à l’état fondu. L’utilisation de deux plaques parallèles permet d’effectuer des tests à de hauts taux de cisaillement en utilisant une très petite distance entre les plaques (89). Ainsi, il est possible de déterminer le module de conservation (G ’ = G* cosδ), le module de perte (G’’ = G* sinδ) et le module complexe (G* = */γ*). De plus, l’angle de déphasage (tanδ) entre la contrainte et la déformation qui indique la propriété d’amortissement du matériau peut également être déterminé. Avec ces mesures, il également est possible de déterminer la viscosité complexe (* = G*/) et de décomposer cette dernière de la même façon que le module complexe. (’ * sinδ et ’’ = * cosδ) (89).

Par la suite, des analyses mécaniques dynamiques (DMA) se basant sur les mêmes principes de rhéologie expliqués plus haut pourraient être effectuées afin d’observer le comportement entre les deux matériaux. Pour ce faire, une analyse en flexion à trois points serait conseillée. Elles permettent notamment de déterminer les grandeurs physiques intrinsèques par exemple les composantes du module complexe (E’ et E’’) et le facteur de perte (tanδ). Grâce à l’application d’une contrainte ou d’une déformation oscillatoire sur nos mélanges, il serait peut-être possible de relier les résultats à la compatibilité entre le PS et le SBR (90). De plus, la ou les transitions vitreuses du mélange pourraient être analysées. Deux types d’analyse serait envisageables. La première est un balayage en température qui consiste à mesurer le module complexe à une fréquence constante tout en faisant varier la température de l’échantillon. L’apparition d’un pic dans la courbe de tanδ par

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rapport à la température permet de déterminer la valeur de la transition vitreuse (Tg) (91) et d’analyser la compatibilité entre les deux matériaux. Par la suite, une expérience de balayage en fréquence peut également être effectuée afin de déterminer le module de conservation (E ') et le module de perte (E''). De plus, il est possible de définir le rapport entre la déformation et la contrainte de l’échantillon ce qui nous permet d’obtenir la conformité (J). Comme dans le cas des valeurs du module, il est possible de définir la composante à la fois élastique (J') et visqueuse (J"), ainsi que la conformité complexe (J*) (92).

Troisièmement, il a été remarqué dans la littérature qu’une des techniques afin d’améliorer la compatibilité entre les matériaux et, par le fait même, les propriétés finales est d’utiliser des initiateurs de radicaux. Ces derniers ont comme principe de produire des radicaux à la surface des particules de caoutchouc. Ils peuvent donc interagir avec la matrice polymérique afin de former des liaisons covalentes entre les deux phases. Ceci aurait pour impact de provoquer la réticulation entre les matériaux et ainsi favoriser la compatibilité (36). Ce principe serait une voie intéressante à explorer dans notre cas, car différents types d’initiateur ont déjà été explorés avec le SBR et d’autres types de matrice (37). Les concentrations ainsi que le type d’initiateur de radicaux pourront être explorés de façon à obtenir le maximum de réticulation tout au long du matériau. Finalement, les paramètres concernant le procédé d’extrusion pourront également être variés de façon à maximiser ou minimiser les réactions. La température et le temps de résidence dans l’appareil en sont deux autres aspects à étudier.

De plus, il serait également possible d’utiliser une autre matrice afin d’obtenir des propriétés différentes. Afin de conserver un minimum d’interaction avec le caoutchouc SBR, des polymères ayant une structure chimique similaire au polystyrène seraient une bonne alternative. Ainsi, deux autres matrices dérivées du polystyrène ont été ciblées pour être utilisées. Comme la Figure 13 le démontre, les deux autres cibles sont des copolymères à base de polystyrène susceptibles d’obtenir une bonne compatibilité avec le SBR. La première option est le polystyrène-choc (HIPS). Ce dernier provient principalement de l’incorporation de polybutadiène durant la polymérisation qui a pour conséquence de lui conférer une plus grande rigidité (29). Ce produit se retrouve principalement dans l’ameublement par exemple dans les armoires, les contreportes de réfrigérateur et de congélateur. C’est également la matière de base pour les rasoirs jetables et les cintres (53). De plus, il serait envisageable d’effectuer le même type de prétraitement en solution. Une étude a été faite précédemment sur un mélange de HIPS et de GTR. Dans cette dernière, un gonflement avec une huile avait été utilisé. Ce traitement a réduit les propriétés en traction c’est-à-dire le module et la résistance. Il permet toutefois d’augmenter la résistance à l’impact de tests effectués en mode Charpy avec une entaille pour les

55 échantillons possédant une même teneur en caoutchouc (93). Il serait intéressant d’essayer le même prétraitement qui a été exploré dans ce mémoire. La deuxième matrice envisageable est le poly(acrylonitrile- co-butadiène-co-styrène) (ABS). Ce dernier est similaire au HIPS puisque c’est un copolymère de styrène et de polybutadiène auquel on a ajouté de l'acrylonitrile. Les boitiers d’ordinateur, les coques de bateaux et de siège de voiture ainsi que les pièces automobiles chromées sont des applications de l’ABS (53). Cette matrice est très intéressante pour le recyclage au niveau automobile. Depuis l’apparition des nouvelles télévisions comme les écrans au plasma, les affichages à cristaux liquides et les éclairages de diodes électroluminescentes, beaucoup de déchets d’ABS ont été générés (94). Aux États-Unis, ce nombre s’élève à plus de 3,2 millions de télévisions et de moniteurs jetés chaque année (95). Ainsi, ce matériau est une cible de choix étant donné qu’il est disponible en très grande quantité et facile d’accès.

Figure 13: Structure chimique du a) polystyrène, b) polystyrène-choc (HIPS) et c) du poly(acrylonitrile-co- butadiène-co-styrène) (ABS) (58).

L’intérêt d’utiliser une matrice différente est d’obtenir des propriétés différentes de celles obtenues initialement avec polystyrène. Le Tableau 4 compare les propriétés thermiques et mécaniques des deux différentes matrices de PS utilisées dans ce mémoire, ainsi que les deux nouvelles cibles proposées (53, 96, 97). Les valeurs de module, que ce soit pour la tension ou la flexion pour le HIPS et l’ABS, sont plus faibles que celle du PS cristal ce qui dénote un caractère beaucoup plus flexible. De plus, ils possèdent également une plus grande résistance aux chocs. Un mélange avec un caoutchouc donnerait sans doute un matériel plus malléable et flexible que celui obtenu dans ce travail. Finalement, l’ABS possède une température de dégradation plus élevée ce qui permettrait de travailler à de plus hautes températures et de favoriser le mélange en extrusion.

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Tableau 4: Propriétés thermiques et mécaniques de dérivés du polystyrène (53, 96, 97). PS cristal PS expansé HIPS ABS Température de fusion (ºC) 275 - 180-260 220-260 Température de dégradation (ºC) 285 - - 385-407 Module de Young (MPa) 3000-3500 1-2,5 2200 2300 Contrainte maximale (MPa) 23-27 0,15-0,45 27-30 35-58 Élongation à la rupture (%) 2-3 - 35-50 8-20 Module de flexion (MPa) 3530-3630 - 2000 2150-2300

Résistance aux chocs, Charpy, entaillée

(kJ/m2₎ 3-4 12 5-40

Afin de pouvoir évaluer les propriétés du matériau seul, une série d’extrusion sur le PS expansé recyclé et cristal a été faite. Grâce à celle-ci, il a été possible de constater seulement chez le PS recyclé un changement de couleur. Des tests au niveau structurel tels que la résonnance magnétique nucléaire (RMN) (annexes 3-5) et la spectroscopie infrarouge (IR) (annexe 6) ont été effectués afin de déterminer la présence d’impuretés qui causeraient ce changement. Il n’a toutefois pas été possible de conclure quelque chose à partir des résultats obtenus dus à certaines limitations. Tout d’abord, les analyses de RMN en solution doivent être effectuées en faible concentration, car sinon la solution devient trop visqueuse ce qui rend les manipulations difficiles. Étant donné qu’une très petite quantité est mise en solution, cela a pour conséquence de diminuer la quantité d’impureté présente et ainsi rendre difficile l’analyse. La même problématique est observée avec les analyses d’infra-rouge en ATR puisqu’encore une fois seulement une petite quantité se retrouve sur le cristal de diamant pour l’analyse. Des recherches dans la littérature ont permis de trouver qu’un agent ignifuge est très souvent ajouté au PS afin d’améliorer les propriétés inflammables de ce dernier (30, 86, 98, 99). Malheureusement, aucune des analyses effectuées n’a permis de confirmer sa présence. Ce type de molécules est généralement ajouté à moins de 3% dans la fabrication. Une autre analyse, la RMN solide, serait toutefois intéressante à essayer pour vérifier la présence d’impuretés dans le PS. Vu la grande sensibilité de cette technique (100), il serait probablement possible de mieux révéler la présence d’additifs.

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