Développement de talc synthétique nanométrique pour applications polymères – NANOTALC

Ce projet a pour objectifs d?améliorer significativement les performances de composites polymères et revêtements industriels hautes performances en développant de nouvelles charges synthétiques nanométriques. Par rapport aux nano charges existantes à base d?argiles, ces matériaux se différencieront par leur une hydrophobicité intrinsèque supérieure et nécessiteront moins d?additifs organiques et de traitements chimiques pour obtenir une bonne dispersion dans les polymères ; ce qui est nécessaire pour obtenir les améliorations souhaitées de propriétés mécaniques, barrières (à l?humidité, aux gaz), thermiques ou optiques des charges. Un procédé en deux étapes pour produire un nano talc synthétique en laboratoire a été mise au point récemment par des chercheurs de l?Université Paul Sabatier - LMTG (Laboratoire des Mécanismes de Transferts en Géologie) et CARNOT-CIRIMAT (Centre Interuniversitaire de Recherche et d?Ingénierie des Matériaux) ? ainsi que de Rio Tinto Minerals, un leader mondial de la production de talcs. En utilisant ce procédé breveté, il est possible d?obtenir des cristaux de talc de haute pureté par voie de synthèse ayant un facteur de forme élevé et une taille submicronique. Dans le cadre de ce projet, le matériau sera développé pour utilisation dans les composites polymères et revêtements. Il est prévu que ce nano talc synthétique possédera les avantages à la fois du talc naturel dans les polymères (caractère hydrophobe et agent nucléant des polymères), et les avantages liés à la fine taille de particules et au facteur de forme important associées aux nano-argiles actuellement utilisées pour les nano composites polymères (PNCs). En utilisant cette technologie, il est possible d?obtenir des produits bien plus fins que par le broyage/micronisation conventionnelle de talc naturel. Le procédé de synthèse de nano talc inclut d?abord une réaction de précipitation pour produire un silicate de magnésium amorphe de même composition chimique que le talc naturel, puis la transformation de ce matériau précurseur en nano talc cristallin par traitement hydrothermal après lavage pour ôter le sel soluble produit associé de la réaction. Les produits amorphes et cristallins pourront potentiellement être utilises pour des renforts polymères et seront donc tous les deux évalués lors du projet. Après les étapes de synthèse, les produits pourront nécessiter des traitements supplémentaires (modification physique et chimique avant mélange dans les polymères. Des travaux préliminaires montrent que ces traitements pourraient être nécessaires pour réduire le niveau d?agglomération des particules et d?obtenir une dispersion optimale dans les matrices polymères. Ensuite le mélange avec les résines sera réalisé selon deux voies : (1) en voie fondue pour les polymers et les charges séchées ( dans le cas des polymers techniques et caoutchouc styrène-butadiène-SBR et (2) en voie humide de latex polymères, les matériaux étant utilisé sous forme suspension aqueuse (dans le cas des SBR et des formulations de revêtements). Après avoir bien dispersé les matériaux dans les polymères injectés ou sous formes de films ou fibres, leur influence sur les propriétés mécaniques, thermiques, barrières sera mesurée et comparée à celles obtenues avec les meilleurs charges disponibles aujourd?hui. Les propriétés intrinsèques et les performances selon les essais industriels spécifiés seront étudiées. Pour la bonne réussite du projet, il sera nécessaire d?optimiser chacune des différentes étapes de la production du nano talc synthétique- (1) préparation du matériau amorphe, (2) transformation en matériau cristallin, (3) traitement supplémentaires et incorporations dans les polymères. Pour mener chacune de ces étapes un partenaire de type universitaire a été choisi : (1)- Le Centre de Recherche RAPSODEE (Ecole des Mines d?Albi, FRE 3213-CNRS); (2) LMTG (UMR 5563 CNRS; UMR 154 IRD) ; (3) Laboratoire des Matériaux Macromoléculaires (UMR CNRS 5223-LMM-INSA, Lyon). Pour effectuer les essais et développements applicatifs, trois partenaires industriels seront impliqués : (1) Rio Tinto Minerals (Toulouse) ? coordinateur du projet et producteur de talc; (2) MAPAERO ? producteur de peintures aéronautiques de spécialités ; (3) Multibase (Lyon) ?producteur de compounds et masterbatches thermoplastiques. La durée du projet est de quatre ans.