Abstrait

Congrès Biopolymère 2018 : Matériau électro-réactif à base de poly(acide lactique) plastifié et de nanoplaquettes de graphène comme charges - Natlita Thummarungsan - Université Chulalongkorn

Natlita Thummarungsan    

 L'acide polylactique (PLA) est un candidat intéressant pour remplacer les polymères pétrochimiques car il est biodégradable et peut être dérivé de ressources renouvelables. Les principaux problèmes du PLA sont sa fragilité et sa ténacité qui limitent de nombreuses applications commerciales. L'utilisation d'un plastifiant est un moyen d'améliorer la flexibilité et la ductilité de la matrice PLA. De plus, la combinaison du PLA avec des particules de taille nanométrique, telles que des nanoparticules à base de carbone, devrait améliorer les propriétés du PLA. Dans ce travail, des films d'acide polylactique (PLA) ont été préparés, incorporés avec des nanoplaques de graphène comme charges et du phtalate de dibutyle (DBP) comme plastifiant par la méthode de moulage par solvant. Tous les composés possédaient une bonne capacité de récupération électromécanique lors des expériences de réponse temporelle sous le champ électrique appliqué. Le composé MG/PLA/DBP à 0,1 % v/v a montré la sensibilité du module de stockage la plus élevée à la résistance électrique du fichier de 1,5 kV/mm. À une concentration de graphène de 1,0 % v/v, la réponse du module de stockage (ΔGêÂ?ÂŒ) est devenue définie négative, où le module de stockage sous le champ électrique (G') était inférieur à la valeur de GêÂ?ÂŒ0. Un ΔGêÂ?ÂŒ négatif sous champ électrique à température ambiante n'a jamais été signalé auparavant pour aucun matériau électrostatique. De plus, le PLA/DBP vierge a montré la plus grande distance de déviation par rapport aux matériaux composites avec une résistance électrique de 550 V/mm ; La distance de déviation des composés a diminué avec la concentration en graphène. La prochaine avancée majeure dans l'EAP a eu lieu à la fin des années 1960. En 1969, Kawai a démontré que le polyfluorure de vinylidène (PVDF) présente un grand effet piézoélectrique. Cela a suscité l'intérêt de la recherche pour le développement d'autres systèmes polymères qui présenteraient un effet similaire. En 1977, Hideki Shirakawa et ses collègues ont découvert les premiers polymères conducteurs d'électricité. Shirakawa, Alan MacDiarmid et Alan Heeger ont démontré que le polyacétylène était un conducteur électrique et qu'en le dopant avec de la vapeur d'iode, ils pouvaient améliorer sa conductivité de 8 ordres de grandeur. Ainsi, la conductance était proche de celle d'un métal. À la fin des années 1980, d'autres polymères se sont révélés présenter un effet piézoélectrique ou se révéler conducteurs. Les composés ioniques polymère-métal sont constitués d'une fine membrane ionomère avec des électrodes en métal noble plaquées à sa surface. Elle contient également des cations pour équilibrer la charge des anions attachés au squelette du polymère. Ces types de polymères sont les plus prometteurs pour les utilisations biomimétiques, car les fibres de collagène sont essentiellement constituées de polymères ioniques naturellement chargés. Le Nafion et le Flemion sont des composés ioniques polymères métalliques couramment utilisés. Dans ce travail, des nanoparticules de PANI ont été synthétisées selon la procédure de Kim et al.12,13 en utilisant du monomère d'aniline, du persulfate d'ammonium et du SDS. La réaction a été réalisée dans un erlenmeyer relié à un agitateur mécanique. La solution de 0,1 MHCl a été préparée à partir de 10 MHCl (grade AR). Après 30 minutes, 5.Français 5 g de monomère de théaniline dans une solution de mélange d'écotisme ont été ajoutés. 0,98 g de persulfate d'ammonium ont été dissous avec 10 ml de solution à 0,1 MHC et ajoutés goutte à goutte à un débit de 1 ml/min dans la solution de mélange précédemment obtenue. La réaction a été réalisée à 20 ± 1 °C avec agitation mécanique à 500 tr/min pendant 12 h. Après 12 h, une quantité excédentaire de méthanol a été ajoutée au mélange pour précipiter les nanoparticules de PAN brisant les micelles de SDS et pour arrêter la réaction.12 La poudre précipitée a été recueillie sur un filtre en verre et lavée deux fois avec du méthanol, de l'acétone et de l'eau pure jusqu'à ce que la solution de lavage devienne incolore.12,13 Les particules de PANI ont ensuite été séchées dans une étuve à vide pendant 48 h à 60 °C.12 Les structures chimiques de PANI sont présentées dans le schéma 1. Les grosses particules de PANI ont été synthétisées en suivant les procédures de Hiamtup et al. 7 et Cao et al. 19 en utilisant l'aniline comme monomère et le sulfate d'ammonium comme initiateur. 0,98 g de persulfate d'ammonium ont été dissous dans 10 ml de solution 0,1 MHC, et 5,5 g de monomère d'héaniline ont été ajoutés goutte à goutte à un débit de 1 ml/min dans la solution de mélange. 100 ml de 0,1 M HCl. La réaction a été réalisée à 0°C sous agitation mécanique. SCHÉMA 1. Structure chimique du PANI non dopé et dopé au HCl. 500 tr/min pendant 12 h. La poudre de PANI a ensuite été recueillie sur un filtre en verre et lavée deux fois avec du méthanol, de l'acétone et de l'eau pure jusqu'à ce que la solution de lavage devienne incolore.7 Les particules de PANI ont ensuite été séchées dans l'étuve à vide pendant 48 h à 60°C. 7 Dans ce travail, les conductivités électriques spécifiques des particules conductrices ajoutées à la matrice de chloroprène sont restées les mêmes. Les grosses particules de PANI devaient être manipulées avec du NH4OH puis dopées à nouveau avec du HCl pour ajuster la conductivité électrique. Les grosses particules de PANI séchées ont été peintes au doigt en les suspendant dans 100 ml de 0,1 M de NH4OH à température ambiante pendant 4 h. 7 Après 4 h, les poudres jetées ont été filtrées à l'aide d'un entonnoir et séchées à 27 ° C à vide pendant 24 h. 7. CARACTÉRISATION ET TESTS Le doigté des grosses particules de PANI et les nano/grosses particules dopées au PANI ont été caractérisés par un spectromètre FT-IR et un spectromètre UV-vis pour identifier leurs groupes fonctionnels. Français Le spectromètre FT-IR (Thermo Nicolet, Nexus 670 ; Thermo Scienti ﬠc, États-Unis) a été utilisé en mode d'absorption avec 32 balayages et avec une résolution de ± 4 cm −1, couvrant une plage de nombres d'ondes entre 400 et 4000 cm - 1, en utilisant un détecteur de sulfate de triglycine deutéré. Du KBr de qualité optique (réactif de Carlo Erba) a été utilisé dans le matériel de fond. La poudre de PANI a été intimement mélangée avec du KBr sec dans un rapport PANI : KBr = 1 : 20. Les spectres UV-vis des nano/grandes particules de PANI ont été enregistrés avec un spectromètre d'absorption UV-vis (Perkin-Elmer Lambda 10 ; Perkin-Elmer, Waltham, MA). Les mesures ont été prises en mode d'absorption dans la plage de longueurs d'onde de 200 à 700 nm. Les particules de PANI synthétisées ont été broyées en une poudre fine et dissoutes dans de la 1-méthyl-2-pyoridone.Français La vitesse de transfert était de 50 mm/min, en utilisant une lampe au deutérium comme source lumineuse. La densité spécifique (ρp) des nano et grosses particules de PANI a été mesurée à l'aide d'un pycnomètre en verre de 25 ml (Labor- und Messgerate GmbH Stutzerbach, Jena, Allemagne). La densité spécifique (ρp) du chloroprène W, indiquée sur la fiche technique du produit de Dupont Co. Ltd., est de 1,23 g/cm3. Les morphologies et mélanges de PANI ont été observés au microscope électronique à balayage (SEM ; Hitachi, S-4800). Des micrographies électroniques à balayage ont été obtenues en utilisant une tension d'accélération de 5 à 10 kV à différents grossissements entre 40 000 × et 100 000 ×. Les échantillons ont été empilés sur des pièces à l'aide de papiers adhésifs en carbone et recouverts de platine à l'aide d'une machine de revêtement ionique (Hitachi, E-1010 ; Hitachi High-Technologies Corporation, Tokyo, Japon) à 90 s, pour améliorer la conductivité électronique. Des photographies à un grossissement de 100 000 × ont été prises pour mesurer la taille des particules de nanoparticules de PANI dans des mélanges W:PANI nano à l'aide du logiciel Scion Image (version 4.0.3). Les tailles des particules de PANI dopées de grande taille ont été déterminées à l'aide d'un analyseur de taille de particules (Malvern Instruments, Masterizer X version 2.15 ; MalvernInstruments Ltd., Malvern, Royaume-Uni).