Développement de bio nanocomposites moussés par extrusion assistée par CO 2 supercritique

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1 Centre RAPSODEE CMGD Développement de bio nanocomposites moussés par extrusion assistée par CO 2 supercritique HIJAZI Nibal, FAGES Jacques, RODIER Elisabeth, SAUCEAU Martial Université de Toulouse ; Ecole des Mines d Albi ; CNRS; Centre RAPSODEE BENEZET Jean-Charles, LE MOIGNE Nicolas École des Mines d Alès; Centre CMGD

2 Ø Polymères biosourcés : Neutralité carbone Balance énergétique positive Potentiellement biodégradable Propriétés encore limitées (mécaniques, stabilité thermique, ) Ø Bio nanocomposites à base d argiles lamellaires : Propriétés améliorées à des taux de charge faibles Introduction Ø Couplage extrusion- CO 2 supercritique : Modification de la rhéologie : effet sur la dispersion? Génération sans agents chimiques de mousses nanocomposites (allégement, isolation, propriétés spécifiques) 2

3 I. Descrip*on du procédé II. Caractérisa+on de l écoulement: DTS III. Applica+on: Moussage par CO 2 Sommaire IV. Conclusions et perspec+ves 3

4 I. Description du procédé vis: vis =30 mm et L/D=37 (Rheoscam, SCAMEX) modifica+on des propriétés Mélange Moussage 4

5 I. Descrip+on du procédé II. Caractérisa*on de l écoulement: DTS III. Applica+on: Moussage au CO 2 Sommaire IV. Conclusions et perspec+ves 5

6 II. Technique de caractérisation : DTS Objec&f : Caractérisa&on de l'écoulement d'un polymère dans une extrudeuse monovis, avec ou sans injec&on de CO 2 Paramètres Analyse : o Largeur impulsion o Masse de traceur o t détection et t mesure Paramètres Procédé: o Injection de CO 2 o Vitesse de rotation de la vis o Ajout de mélangeur statique 6

7 II. Technique de caractérisation : DTS Polymère Polyamide Transparent Traceur TiO 2 (Anatase) D 0,5 = 495 nm Blanc 7

8 II. Technique de caractérisation : DTS Mélange TiO 2 / PA fondu : Signal du TiO 2 trop faible pour être détecté MAIS Absorbe suffisamment pour diminuer l'intensité du pic du polyamide DTS donnée par l'évolu&on de [I max - I(t)] en fonc&on du temps 8

9 II. Technique de caractérisation : DTS Traitement du signal : I(t) en fonction du temps I max I(t) en fonction du temps E(t)dt = fraction du débit de sortie contenant des particules d âge compris entre «t» et «t+dt» Calcul de la surface du pic Normalisation E(t) Exploitation des courbes : Tps d'apparition du pic t app Tps de séjour moyen t moy variance 9

10 II. Technique de caractérisation : DTS Influence de la présence du mélangeur statique Influence de la présence du CO C, sans CO 2, 40 tr/min Écoulement modifié avec augmenta*on de la dispersion axiale 220 C, 40 tr/min, avec mélangeur statique Débit total plus faible =>Augmenta*on de t moy Type d'écoulement non modifié 10

11 I. Descrip+on du procédé II. Caractérisa+on de l écoulement: DTS III. Applica*on: Moussage au CO 2 Sommaire IV. Conclusions et perspec+ves 11

12 III. Application : Moussage au CO 2 Prépara&on du mélange primaire Mélange PHBV/argile par extrusion bivis Cloisite 30B PHBV pur PHBV 2,3% C30B PHBV 9% C30B PHBV 19% C30B Ø Intercalation pour toutes les concentrations Ø Présence de charges agrégées pour les fortes concentrations (> 9%) 12

13 III. Application : Moussage au CO 2 Condi&ons opératoires Mélange retenu : PHBV 2,3% C30B Paramètres fixés : T filière, T fourreau, ω vis Paramètres variables : Taux de CO 2 On mesure : 1. Porosité : 2. Pression de pré-expansion P 4 13

14 III. Application : Moussage au CO 2 Pression P 4 (bar) Porosité e (%) PHBHV extruded mixture Fraction de CO 2 (% masse) PHBHV extruded mixture Fraction de CO 2 (% masse) Pression quand fraction de CO 2 o jusqu à 30 % o o pas d influence des argiles viscosité du polymère, (effet plastifiant du CO 2 ) Porosité quand fraction de CO 2 soit refroidissement plus rapide (dû à la détente du CO 2 ) soit CO 2 en «excès» [Han et al., Polym. Eng. Sci. 42, 2002, ] À fraction de CO 2 plus élevée, effet d argile? o nucléation hétérogène et refroidissement o Chemin préférentiel et évacuation du CO 2 14

15 III. Application : Moussage au CO 2 T=140 C PHBV Mélange extrudé w co2 =0% w co2 =1.5% w co2 =4.1% Fraction de CO 2 : augmentation du taux de nucléation et du refroidissement [Han et al., Polym. Eng. Sci. 42, 2002, ) 15

16 III. Application : Moussage au CO 2 PHBV mélange extrudé PHBV moussé mélange extrudé moussé Spectres similaires : pas d effet du moussage au CO 2 sur la dispersion Mélange moussé: différentes cinétiques de refroidissement modification de la cristallinité 16

17 I. Descrip+on du procédé II. Caractérisa+on de l écoulement: DTS III. Applica+on: Moussage au CO 2 Sommaire IV. Conclusions et perspec*ves 17

18 Conclusions et perspectives DTS : Ø Technique prometteuse de mesure en ligne du type d'écoulement Ø Influence du mélangeur statique sur la nature de l'écoulement Choix du bon couple polymère/traceur Moussage au CO 2 supercritique : Ø porosité jusqu à 50 % mais homogénéité limitée Ø A forte concentration, effet significatif de l'argile Ø Dispersion des argiles non affectée Optimisation des paramètres opératoires pour améliorer le moussage DE PLUS, moussage) PHBV : - Nouveau matériau - Pas bien maîtrisé - Semi cristallin (non favorable pour le 18

19 Merci de votre attention! 19