Stage M2

Domaines de recherche :

colloïdes, polymérisation radicalaire en émulsion, cellulose, stabilisation Pickering

Contexte :

La polymérisation en émulsion est un procédé de choix couramment utilisé dans l’industrie pour produire des résines aqueuses, appelées latex, avec des applications dans le domaine des peintures, des colles ou des adhésifs. Ce procédé de polymérisation radicalaire en milieu hétérogène nécessite l’utilisation de tensioactifs pour assurer la stabilité colloïdale des particules formées au cours de la synthèse. Toutefois, ces derniers peuvent migrer au sein du film sec et détériorer les propriétés finales du matériau (prise en eau, blanchiment, mauvaise adhésion au substrat, etc). Il a été montré récemment que des particules solides (oxydes, argiles, particules métalliques, etc) pouvaient être avantageusement utilisées en lieu et place de tensioactifs moléculaires. Ce type de stabilisation bien connu dans le cas des émulsions (dites émulsions de Pickering) a été jusqu’ici beaucoup moins étudié en ce qui concerne la synthèse de particules de latex.

Les nanocristaux de cellulose, de part leurs propriétés uniques, notamment de résistance mécanique, font l’objet d’une attention grandissante depuis une dizaine d’années, en particulier comme renforts de matériaux nanocomposites. Des études récentes ont également montré que ces nano-objets pouvaient stabiliser des émulsions de Pickering et des particules de latex.[1] Nous proposons dans le cadre de ce stage de M2 de mettre au point un procédé de synthèse de particules de latex sans tensioactif stabilisées par des nanocristaux de cellulose, puis d’étudier les propriétés des films issus de ces suspensions.

Programme de travail envisagé :

Les nanocristaux de cellulose (NCCs) seront fonctionnalisés pour permettre leur adsorption à la surface des particules de latex. On s’attachera à contrôler leur degré de substitution tout en veillant à maintenir une bonne stabilité colloïdale. Les NCCs chimiquement modifiés seront ensuite engagés dans des réactions de polymérisation en émulsion en l’absence de tensioactif. Une étude cinétique (évolution de la taille des particules et de la conversion au cours du temps) sera effectuée afin de suivre la formation des particules et d'étudier le mécanisme de nucléation. On s’intéressera tout particulièrement à l’influence des paramètres de synthèse tels que la nature du monomère, le type de modification chimique, le degré de substitution et la concentration en NCCs sur la morphologie (MET) et la taille (DDL) des particules formées ainsi que sur les propriétés mécaniques des films issus de ces latex nanostructurés.

Ce stage combinera des expériences en fonctionnalisation chimique de surface (20%, ATG, FTIR, RMN), en synthèse radicalaire en milieu homogène et dispersé (40%, radicalaire conventionnelle et contrôlée), en caractérisations physico-chimiques de nanoparticules (20% - DDL, MET) et en propriétés mécaniques de films (20%, microstructure, tests mécaniques). Il sera gratifié selon les conventions en vigueur.

Merci de prendre contact pour une visite du laboratoire et une présentation plus détaillée du sujet, en vue d’une adéquation du sujet aux intérêts et motivations thématiques du candidat.

Lieu du stage :

Laboratoire de Chimie, Catalyse, Polymères et Procédés (C2P2, CPE Lyon) et Ingénierie des Matériaux Polymères (IMP, Bât. ISTIL)

Campus de la Doua, 43 Bd du 11 Novembre 1918, 69616 Villeurbanne

Contacts :

Elodie Bourgeat-Lami (elodie.bourgeat-lami@univ-lyon1.fr) - 04 72 43 17 66

Matthieu Fumagalli (matthieu.fumagalli@univ-lyon1.fr)

[1] Limousin, E., N. Ballard, and J.M. Asua, Synthesis of cellulose nanocrystal armored latex particles for mechanically strong nanocomposite films. Polymer Chemistry, 2019. 10(14): p. 1823-1831.