Improving the photo-stability of polymers using graphene

Résumé

Cette thèse visait à obtenir des polymères stabilisés aux UV en incorporant du graphène à quelques couches (FLG), à évaluer les mécanismes d'action dominants du FLG, et optimiser son rôle en tant que photo-stabilisateur. Les performances du FLG en tant que photostabilisateur et son effet sur les changements macro et microstructuraux des composites en polyéthylène haute densité (HDPE) survenant lors de la photo-dégradation, ont été étudiés. Des composites HDPE contenant différentes concentrations de FLG (0, 0.1, 0.25 et 0.5 % en poids) ont été préparés par mélange à l'état fondu à l'aide d'une extrudeuse à double vis, suivie d'une exposition à l'irradiation UV-A pendant plusieurs durées. Les propriétés rhéologiques et mécaniques ont été évaluées en fonction du temps d'exposition aux UV. Pour déterminer les mécanismes de photo-stabilisation du FLG, un test contrôlé spécifique impliquant le processus d'exposition aux UV du mélange de peroxyde d'hydrogène (H2O2) et des suspensions aqueuses de FLG a été réalisé. Ensuite, la quantité de radicaux libres créés a été mesurée à l'aide d'un test de résonance paramagnétique électronique (EPR). Enfin, l'effet de l'ajout de FLG sur la pénétration de la photo-dégradation dans le HDPE, et la corrélation entre la profondeur de la photo-dégradation à laquelle la chimie-cristallisation se produit, et l'allongement à la rupture, ont été étudiés à l'aide de la microscopie Raman. Il a été constaté que l'ajout de seulement 0.25 % en poids de FLG dans le HDPE résultait en une résistance notable aux UV pendant une durée d'exposition de 672 heures, comme en témoigne la rétention soutenue des propriétés rhéologiques et mécaniques. De plus, il a été démontré que 57 % de la réduction observée des signaux EPR, indiquant la réduction de la quantité de radicaux libres créés, est due à l'absorption/réflexion des UV et 43 % à la capacité de piégeage des radicaux libres du FLG. Il a été démontré que les mécanismes d'absorption/réflexion des UV et de piégeage des radicaux libres sont dominants parmi les trois mécanismes de photo-stabilisation du FLG (absorption/réflexion des UV, piégeage des radicaux libres et barrière physique à l'oxygène). Enfin, il a été constaté que la fragilisation se produisait dans le HDPE pur lorsque la profondeur de la photo-dégradation atteignait environ 10 % de l'épaisseur de l'échantillon. En revanche, les échantillons contenant 0,5 % en poids de FLG conservaient un comportement de rupture ductile, malgré une profondeur notable de 12,5 % de photo-dégradation à l'intérieur de l'échantillon et malgré la présence de fissures de surface. La persistance du comportement ductile a été attribuée à l'effet de photo-stabilisation du FLG, ainsi qu'à la tendance de la couche dégradée à se détacher du coeur ductile du composite. La capacité des composites contenant du FLG à maintenir la ductilité par le mécanisme de détachement a conduit à l'écart par rapport au principe de superposition observé dans le HDPE pur, entre l'épaisseur de l'échantillon, le temps d'exposition aux UV et les dommages UV.

Date	13 mars 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Nicole R. Demarquette (Directeur(-trice)) & Éric David (Codirecteur(-trice))