FR2685338A1 - Matiere a poids moleculaire eleve en melange, structure poreuse et materiau composite, et procede de fabrication. - Google Patents
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Abstract
Un mélange d'un matériau organique de poids moléculaire élevé et d'un matériau organique de poids moléculaire faible, contenant le premier en proportion inférieure à celle du second et ayant une structure en réseau continu tridimensionel formée par le matériau organique de poids moléculaire élevé dont le diamètre moyen de maille ne dépasse pas 500 microns. L'extraction du matériau organique de poids moléculaire faible du mélange donne un matériau poreux et son remplacement par un solide ou un liquide donne un matériau composite.
Description
MATIERE A POIDS MOLECULAIRE ELEVE EN MELANGE, STRUCTURE
POREUSE ET MATERIAU COMPOSITE, ET PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention concerne un mélange de poids moléculaire élevé, un matériau poreux fonctionnel et un procédé pour sa fabrication, et un matériau composite
fonctionnel et un procédé pour sa fabrication.
DESCRTPTION DE L'ART CORRESPONDANT
On connaît des matériaux poreux tels que du polyuréthane oul autres mousses plastiques et éponges, qui sont fabriqués en faisant mousser des matières premières par une réaction en vue de la formation de cellules ou en employant un agent moussant ou du N 2 ou du CO 2, ou par agitation mécanique Bien que ces matériaux puissent être fabriqués suivant des procédés simples, les cel lules formées par moussage sont de dimensions importantes, et il est
difficile de former des cellules microscopiques.
On connaît aussi des membranes de séparation fonctionnelles fabriquées par étirage (par exemple GORE-TEX ), par un procédé physique, en constituant par exemple des trous par gravure chimique, en ajoutant une substance soluble et en procédant par dissolution ou en employant une toile non tissée Tous ces matériaux ont une structure poreuse plutÈt microscopique mais présentent l'inconvénient d'être d'une faible uniformité et d'une
faible porosité.
Il est bien connu que la morphologie d'un mélange de différentes substances dépend des proportions en quantité des substances mélangées, de leur compatibilité, des conditions o s'effectue le mélange, etc En se référant par exemple aux proportions en quantité, on rencontre souvent le cas o l'un et l'autre des composants I et II d'un mélange constituent des phases continues si leurs proportions en quantité sont sensiblement égales comme représenté sur la Figure 3 Si par ailleurs, un, des composants T est en proportion nettement supérieure, il est très probable que le composant I puisse former une phase continue, alors que le composant mineur II soit dispersé en phases discontinues comme représenté sur la Figure 4 Ceci est notamment le cas lorsque le composant I est en proportion égale ou supérieure à 70 % alors que le composant TT est en proportion inférieure ou égale à 30 % Ces tendances co Yncident bien avec le fait que des billes qui remplissent un espace cubique ne peuvent occuper un volume
supérieur à 74 % de ce cube.
En fait, ill existe une littérature comportant la mention suivante (" Alliages Polymères Principes et applications ", editée par la Société des Substances à Poids Moléculaires Elevés, et publiée par Tokyo Kagaku Dojin, page 380): "Un composant ayant un pourcentage en volume élevé tend à former une phase en forme d'océan Un composant ayant un pourcentage en volume supérieur ou égal à 75 % forme une phase en forme d'océan alors qu'un composant ayant un pourcentage en volume inférieur ou égal à 25 % forme une phase en île indépendamment de toutes autres conditions La phase formée par le composant dont le pourcentage en volume est compris entre 25 % et 75 % dépend des conditions o s'effectue le mélange " Bien entendu, la morphologie d'un mélange dépend aussi dans une grande mesure de la compatibilité de ses composants Plus leur compatibilité est élevée, plus grande
est la probabilité que leur séparation en phases micro-
scopiques puisse se produire et il est plus probable que même un composant dont la teneur en volume est relativement faible puisse former une phase continue Si par ailleurs, leur compatibilité est très faible (comme dans le cas d'un mélange d'eau et d'huile), leur mélange présente une séparation en phases microscopiques très importante s'il est fortement agité mais leur séparation en phases est très instable et se transforme avec le temps en une séparation
en phases macroscopiques.
Dans tous les cas, il est généralement difficile de former une phase continue tridimensionnelle stable à partir d'un composant mineur qui intervient dans le mélange en pourcentage inférieur ou égal à 25 %, le mélange comportant un composant majeur qui intervient pour un pourcentage en
volume supérieur ou égal à 75 %.
TI est généralement vrai qu'il est difficile de mettre 0.5 en évidence les propriétés souhaitables d'un composant mineur dispersé en phases discontinues (îles dans un composant majeur, étant donné que ses propriétés sont cachées derrière celles du composant majeur Il est par conséquent plus recommandable d'établir un système dans lequel la quantité minimum possible d'un composant mineur est répartie uniformément pour constituer une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle, de manière à mettre le plus possible en évidence les propriétés souhaitables d'un composant majeur, alors que le composant mineur supplée aux propriétés non souhaitables ou aux inconvénients du composant majeur Cependant, dans un système de mélange contenant un composant mineur en proportion inférieure ou égale à 25 % et un composant majeur en proportion supérieure ou égale à 75 %, il est difficile de constituer à partir du composant mineur une phase continue tridimensionnelle stable, étant donné que le composant mineur tend généralement à se disperser et à former des phases discontinues comme décrit ci-dessus Il est impossible de former une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle à partir du composant mineur, sauf dans des cas très rares De plus, il a été difficile jusqu'à présent d'obtenir des matériaux poreux comportant des cellules microscopiques, et les membranes de séparation fonctionnelles classiques disponibles présentent les inconvénients d'avoir une structure poreuse de faible uniformité et une faible porosité comme mentionné ci-dessus. S'il est possible de préparer un système dispersé dans lequel la quantité minimum possible d'un composant mineur constitue des phases discontinues (île A dans un composant majeur et est uniformément répartie pour former une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle, a suppression du composant majeur du système permet d'obtenir un matériau poreux fonctionnel ayant une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle formée par le composant mineur Il est cependant difficile de former une phase continue tridimensionnelle à partir du composant mineur étant donné qu'il tend généralement à former des phases dispersées de façon discontinue comme mentionné ci- dessus En fait, on n'a pas pu obtenir jusqu'à présent un système de mélange quelconque contenant un composant mineur qui forme une phase continue tridimensionnelle.
OBJETS ET RESUME DE L'INVENTION
Dans ces circonstances, uin objet de la présente invention est un mélange de poids moléculaire élevé constitué par uin mélange d'un matériau organique de poids moléculaire élevé et d'un matériau organique de poids moléculaire faible dans lequel le matériau organique de poids moléculaire élevé est un composant mineur formant une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle et qui supplée aux inconvénients du matériau organique de poids moléculaire faible tout en permettant de conserver ses propriétés et qui présente des propriétés considérablement améliorées par l'effet combiné de
matériaux organiques de poids moléculaires élevé et faible.
Un autre objet de l'invention est un matériau poreux fonctionnel comportant des cellules microscopiques uniformes et de haute porosité, qui peut être utilisé par conséquent dans une gamme étendue d'applications
industrielles, et un procédé pour sa fabrication.
Un autre objet de la présente invention est un matériau composite fonctionnel dans lequel un matériau organique de poids moléculaire élevé utilisé comme composant mineur forme une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle dans laquelle est dispersé un autre matériau de telle sorte que le matériau organique de poids moléculaire élevé puisse suppléer aux inconvénients de l'autre matériau tout en lui permettant de conserver ses propriétés et qui présente des propriétés considérablement améliorées par l 'effet combiné d'un matériau organique de poids moléculaire élevé et d'un autre matériau, et un procédé
pour sa fabrication.
0.5 Par conséquent, un objet de la présente invention est un mélange de poids moléculaire élevé qui est constitué principalement par un matériau organique de poids moléculaire élevé et un matériau organique de poids moléculaire faible et qui contient le matériau organique de poids moléculaire élevé en proportion plus faible que celle du matériau organique de poids moléculaire faible et dans lequel le matériau organique de poids moléculaire élevé a une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle. Le matériau organique de poids moléculaire élevé qui constitue un composant mineur du mélange a un poids moléculaire d'une moyenne numérique de 20 000 ou davantage et le matériau organique de poids moléculaire faible qui constitue le composant majeur du mélange a un poids
moléculaire d'une moyenne numérique inférieure à 20 000.
Les deux composants sont mélangés dans des conditions telles que le composant majeur puisse être réparti suivant une structure en armature de réseau continue
tridimensionnelle formée par le composant mineur.
On peut pleinement mettre en évidence les propriétés du composant majeur et suppléer à ses inconvénients par la structure en réseau continue tridimensionnelle du composant mineur Par consequent, l'effet combiné des deux composants permet d'obtenir un mélange présentant des propriétés nettement améliorées, et permet son utilisation dans une
gamme étendue d'applications industrielles.
Le facteur le plus important pour la réalisation d'un mélange de poids moléculaire élevé suivant l'invention est de s'assurer que le matériau organique de poids moléculaire élevé constitue effectivement une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle même s'il est utilisé comme composant mineur Par conséquent il est essentiel d'effectuer une sélection appropriée des matériaux organiques de poids moléculaires respectivement élevé et
faible ainsi que des conditions o s'effectue le mélange.
Un autre objet de la présente invention est un matériau poreux fonctionnel qui comporte un matériau de poids moléculaire élevé ayant une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle dont les ouvertures des mailles
ont un diamètre moyen ne dépassant pas 500 microns.
Le matériau poreux fonctionnel selon l'invention peut être fabriqué suivant un procédé qui comporte le mélange d'un matériau organique de poids moléculaire élevé et d'un matériau organique de poids moléculaire faible en quantité supérieure à celle du matériau organique de poids moléculaire élevé pour préparer un matériau de base ou précurseur ayant la structure en armature de réseau continue tridimensionnelle formée par le matériau organique de poids moléculaire élevé et en extrayant le matériau
organique de poids moléculaire faible du précurseur.
Le matériau poreux fonctionnel suivant l'invention est utilisable dans une gamme étendue d'applications industrielles du fait de sa structure en armature de réseau continue tridimensionnelle ayant des mailles de très petites dimensions Par exemple, il est utilisé pour la fabrication de membranes de séparation à haute performance pour dialyse, pour l'ultra-filtration, pour l'osmose inverse, pour l'échange d'ions ou la séparation des gaz, ou comme biocapteur Il peut aussi être utilisé pour la fabrication de tampons encreurs, de lentilles de contact de longue durée s'il est imprégné par une solution aqueuse appropriée ou par un liquide organique De plus, sa porosité permet de l'utiliser comme matériau d'insonorisation. Un autre objet de l'invention est un matériau composite fonctionnel qui comporte un matériau de poids moléculaire élevé formant une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle dont la maille moyenne ou le diamètre de cellule ne dépasse pas 500 microns et un solide et/ou liquide maintenu dans une structure de réseau formée par le
matériau de poids moléculaire élevé.
Le matériau composite fonctionnel selon l'invention peut être fabriqué suivant un procédé qui consiste à ns mélanger un matériau organique de poids moléculaire élevé et un matériau organique de poids moléculaire faible en quantité supérieure a celle du matériau organique de poids moléculaire élevé pour préparer un précurseur ayant une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle formée par le matériau organique de poids moléculaire élevé et à remplacer le matériau organique de poids moléculaire faible dans le précurseur par un autre matériau ou par
d'autres matériaux.
Il est possible de mettre pleinement en évidence les propriétéhs souhaitables du solide et/ou du liquide employé comme composant majeur tout en suppléant à ses inconvénients par la structure de réseau continue tridimensionnelle formée par le matériau organique de poids moléculaire élevé employé comme composant mineur Le matériau composite fonctionnel selon l'invention présente par conséquent des propriétés exceptionnellement bonnes du fait de l'effet combiné de ses deux composants et est utilise pour la fabrication d'une gamme étendue de produits
dans une variété étendue de domaines industriels.
Le matériau composite ou poreux fonctionnel selon l'invention peut être fabriqué facilement en employant le mélange de poids moléculaire élevé de cette invention Un matériau organique de poids moléculaire élevé ayant un poids moléculaire d'une moyenne numérique de 20 000 ou davantage est utilisé comme composant mineur, et un matériau organique de poids moléculaire faible ayant un poids moléculaire d'une moyenne numérique égale ou inférieure à 20 000 comme composant majeur Les deux composants sont mélangés suivant des conditions spécifiques pour préparer comme précurseur un mélange de poids moléculaire élevé dans lequel le matériau organique de poids moléculaire faible est dispersé dans une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle formée par le matériau organique de poids moléculaire élevé Si le matériau organique de poids moléculaire faible est extrait
du précurseur, on obtient un matériau poreux fonctionnel.
0 5 Si le matériau organique de poids moléculaire faible est remplacé par un autre matériau solide et/ou liquide on obtient un matériau composite fonctionnel contenant le matériau solide et/ou liquide dans la structure de réseau formée par le matériau organique de poids moléculaire élevé Lorsque le précurseur est préparé, il est essentiel de choisir les matériaux organiques de poids moléculaires respectivement élevé et faible ainsi que les conditions appropriées du mélange pour s'assurer que le matériau organique de poids moléculaire élevé forme effectivementune structure en armature de réseau continue tridimensionnelle
stable même s'il peut être utilisé comme composant mineur.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La Figure 1 est une vue perspective schématique d'une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle formée par un matériau organique de poids moléculaire élevé dans un mélange de poids moléculaire élevé ou matériau à porosité fonctionnelle ou matériau composite incorporant cette invention; la Figure 2 est une vue à grande échelle d'une partie de la Figure 1; la Figure 3 est une vue en coupe schématique d'un mélange de matériaux représentant leur morphologie la Figure 4 est une vue en coupe schématique d'un autre mélange représentant sa morphologie; la Figure 5 est une microphotographie représentant la structure en grains d'un mélange de poids moléculaire élevé suivant l'Exemple 1 qui sera décrit ci-après; la Fig 6 est une courbe représentant les caractéristiques de contraintes de traction rapportées aux déformations d'un mélange de poids moléculaire élevé suivant l'Exemple 1; et la Figure 7 est une microphotographie représentant la structure en grains d'une armature en réseau continue tridimensionnelle formée dans l'Exemple 2 comme il sera
décrit ci-après.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Le mélange de poids moléculaire élevé suivant l'invention comporte un matériau organique de poids moléculaire élevé comme composant mineur et un matériau organique de poids moléculaire faible comme composant majeur, désignés ci-après occasionnellement comme "composants A et B" respectivement, et auquel on se référera par conséquent occasionnellement comme "mélange A/B". Le composant A est un matériau organique de poids moléculaire élevé ayant un poids moléculaire d'une moyenne numérique d'au moins 20 000 mais de préférence d'au moins 30 000 et mieux encore d'au moins 40 000 Des exemples spécifiques de ces matériaux comprennent des élastomères thermoplastiques composés de styrène, de chlorure de vinyle, d'oléfine, de polyester, de polyamide et d'uréthane et de produits dérivés hydrogénés ou modifiés suivant tout autre procédé, plus spécifiquement, des résines thermoplastiques telles que le polystyrène, le polyéthylène, le polypropylène, 'ABS, le chlorure de polyvinyle, le méthacrylate de polyméthyle, le polycarbonate, le polyacétal, le nylon, le chlorure de polyéther, le polytétrafluoro-éthylène, le
polyfluorochloro-éthylène, le polyfluoro-éthylène-
propylène, l'acétyle de cellulose, I'éthyle de cellulose, le polyvinylidène, le vinyle butyrique et l'oxyde de polypropylène, et d'autres produits dérivés du caoutchouc modifié Il est courant d'utiliser un de ces matériaux thermoplastiques seul bien qu'il soit possible d'utiliser
un méllange de deux ou plusieurs de ces matériaux.
Le composant B est un matériau organique de poids moléculaire faible ayant un poids moléculaire d'une moyenne numérique inférieure à 20 000 et de préférence inférieure à 10.000 et mieux encore inférieure à 5 000 Bien qu'il n'existe pas de limite particulière dans le choix du matériau devant être employé, ce qui suit est une liste d'exemples de matériaux appropriés: ( 1) Agents émollients: Des agents émollients aromatiques naphténiques et paraffiniques, pour caoutcouchs ou résines; ( 2) Plastifiants: Des plastifiants composés d'esters comprenant des acides phtaliques phtaliques mélangés, ou dibasiques aliphatiques, du glycol, des acides gras, des esters phosphoriques et stéariques, des plastifiants époxy, d'autres palstifiants pour plastiques, du phtalate, des adipates, des sébacates, des phosphates, des polyéthers, et des plastifiants polyesters pour NBR (nitriles élastomériques); ( 3) Agents adhésifs: Des résines de coumarone, des résines de coumarone-indène, des résines de phénol -terpène, des hydrocarbures de pétrole et des dérivés de colophanes; ( 4) Oligomères: Des éthers en couronne, des oligomères contenant du fluor, des polybutènes, des résines de xylène, du caoutchouc chl oriné, de la cire de polyéthylène, des résines de pétrole, du caoutchouc ester au colophane, du diacrylate glycol de polyalkylène, du caoutchouc liquide (du polybutadiène, du caoutchouc butadiène-styrène, du caoutchouc butadiène - acronitrile, des polychloroprènes, etc), des oligomères au silicone, des poly-a-oléfines; ( 5) Lubrifiants Des lubrifiants aux hydrocarbures tels que de la paraffine et de la cire, des lubrifiants aux acides gras tels que des acides gras supérieurs et des acides gras oxhydryliques, des lubrifiants amides à l'acide gras tels
que l'amide d'acide gras et l'amide d'acide à l'alkylène-
bis-gras, des lubrifiants d'ester tels que des esters d'al-
cool léger et d'acide gras, des alcools polyhydriques et d'acide gras, des esters de polyphyol et d'acide gras, des lubrifiants alcooliques tels que l'alcool gras, l'alcool polyhydrique, le polyglycol et le polyglycérol, des savons métalliques et des mélanges de lubrifiants; et ( 6) Hydrocarbures de pétrole: Des résines terpènes synthétiques, des résines d'hydrocarbures aromatiques, des résines d'hydrocarbures aliphatiques, des résines d'hydrocarbures cycliques aliphatiques, des résines de pétrole aliphatiques ou alicycliques, des résines de pétrole aliphatiques ou aromatiques, des polymères d'hydrocarbure non saturés, et
des résines d'hydrocarbure hydrogénées.
D'autres matériaux organiques de faible poids moléculai re appropriés comportent des latex, des émulsions, des cristaux liquides, des compositions bitumineuses, des argiles, de l'amidon naturel, des sucres, des huiles au silicone inorganiques et des phosphazènes Un ou plusieurs de ces matériaux sont utilisés comme composant B. Uin mélange de poids moléculaire élevé suivant la présente invention peut contenir en outre une charge La charge peut être sélectionnée parmi par exemple une charge inorganique en paillettes telle que de l'argile, de la terre diatomique, du noir de carbone, de la silice, du talc, du sulfate de baryum, du carbonate de calcium ou de magnésium, des oxydes métalliques, des micas, du graphite ou de l'hydroxyde d'aluminium; une charge solide granulaire ou pulvérulente, telle que des poudres métalliques, des copeaux de bois, de la poudre de verre, de la poudre céramique ou un polymère granulaire ou pulvérulent; des fibres courtes ou longues naturelles ou artificielles telles que de la paille, des cheveux ou du
verre, des fibres métalliques ou de polymères.
Le mélange de poids moléculaire élevé suivant l'invention comporte une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle I formée par le matériau organique de poids moléculaire élevé dans lequel le composant principal ou matériau organique de poids moléculaire faible est dispersé comme représenté sur la Figure 1 En se référant à la Figure 2, la structure en armature de réseau 1 a un diamètre d'armature moyen d ne dépassant pas 50 microns, de préférence ne dépassant pas microns et mieux encore ne dépassant pas 10 microns et a un diamètre de cellule ou de maille D ne dépassant pas 500 microns, de préférence ne dépassant pas 200 microns et
mieux encore, ne dépassant pas 100 microns.
T Le mélange de poids moléculaire élevé suivant la présente invention peut être fabriqué facilement par un procéde qui sera décrit ci-après Il est fabriqué de telle sorte que son composant A peut occuper une proportion en volume ne dépassant pas 30 %, de préférence ne dépassant pas % ou mieux ne dépassant pas 20 % ou mieux encore, ne dépassant pas de préférence 15 % comme il sera décrit plus
en détails ci-après.
Le mélange de poids moléculaire élevé suivant la présente invention a des propriétés nettement améliorées compte tenu de l'effet combiné des matériaux organiques de poids moléculaires respectivement élevé et faible, puisqu'il maintient les propriétés recherchées du matériau organique de poids moléculaire faible alors que le matériau organique de poids moléculaire élevé supplée aux inconvénients du matériau organique de poids moléculaire faible Le mélange nouveau de poids moléculaire élevé qui possède toutes les propriétés disponibles jusqu'à ce jour mais qui ne pouvaient âtre obtenues simultanément est par conséquent utile pour une gamme très étendue d'applications industrielles. En se référant maintenant au matériau poreux fonctionnel suivant la présente invention, celui-ci comporte une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle formée par un matériau organique de poids moléculaire élevé comme représenté en 1 sur la Figure 1, et a un diamètre D de maille ou de cellule (Figure 2) ne dépassant pas 500 microns, de préférence ne dépassant pas
300 microns et mieux encore, ne dépassant pas 200 microns.
La structure 1 peut être constituée par un matériau organique de poids moléculaire élevé quelconque employé comme composant A dans le mélange de poids moléculaire élevé suivant la présente invention comme décrit ci-dessus et a un diamètre d'armature moyen d (Figure 2) ne dépassant pas 50 microns, de préférence ne dépassant pas 30 microns
et mieux encore, ne dépassant pas 20 microns.
le matériau poreux fonctionnel suivant la présente invention peut etre fabriqué facilement par un procédé qui sera décrit ci-après Il est fabriqué à partir d'un mélange de matériaux organiques de poids moléculaires respectivement élevé et faible (composants A et B respectivement), dans lequel le composant A occupe une proportion en volume ne dépassant pas 30 %, de préférence ne dépassant pas 25 % ou mieux ne dépassant pas 20 % ou mieux encore, ne dépassant pas de préférence 15 %, de telle sorte qu'il peut avoir une porosité d'au moins 70 %, de préférence d'au moins 75 % ou mieux d'au moins 80 % ou mieux encore de
préférence d'au moins 85 %.
Il est préférable d'employer comme composant A un matériau ayant à la fois des parties constituées par des blocs durs ayant par exemple une structure cristalline ou d'agrégat et des parties constituant des blocs mous ayant par exemple une structure amorphe Des exemples de matériaux préférés comportent un copolymère en bloc de polyéthylène et un copolymère irrégulier d'éthylène-styrène qui est obtenu par hydrogénation d'un copolymère en bloc de polybutadiène et d'un copolymère irrégulier de butadiène-styrène, un copolymère en bloc de polybutadiène et de polystyrène et un copolymère en bloc de polyéthylène et de
polystyrène qui est obtenu par hydrogénation d'un copoly-
mère en bloc de polybutadiène et polystyrène Le copo-
lymère en bloc de polyéthylène et un copolymère irrégulier
d'éthylène-styrène sont d'un usage préféré parmi d'autres.
Le matériau poreux fonctionnel suivant l'invention comporte des cellules microscopiques formées uniformément ce qui lui confère néanmoins une haute porosité; il est par consequent utile pour une gamme étendue d'applications industrielles y compris la fabrication de membranes de séparation. Le matériau composite fonctionnel suivant la présente invention sera maintenant décrit Il comporte un matériau On organique de poids moléculaire élevé (composant A), constituant une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle, comme représenté en 1 sur la Figure 1, et un matériau solide et/ou liquide (composant C) qui y est maintenu et qui sera désigné par conséquent occasionnellement comme "composite A/C" La structure 1 comporte une cellul e ou maille de diamètre moyen D (Figure 2) ne dépassant pas 500 microns, ou ne dépassant pas de préférence 300 microns ou mieux encore, ne dépassant pas 200 microns et un diamètre moyen d d'armature (Figure 2) ne dépassant pas 50 microns, ou de préférence ne dépassant pas 30 microns ou mieux encore, ne dépassant pas
microns.
Il est préférable d'utiliser comme composant A un matériau organique de poids moléculaire élevé ayant à la fois des parties formant des blocs durs ayant par exemple une structure cristalline ou d'agrégat et des blocs mous ayant par exemple une structure amorphe bien qu'il soit possible d'utiliser tout autre matériau qui a été désigné précédemment comme composant A. I,a structure en armature de réseau constituée par le composant A supplée aux inconvénients du composant C Si le composant C est un liquide, il présente les inconvénients de ne pas avoir de forme indépendante et d'être d'une manipulation difficile S'il est composé par une poudre ou par un matériau granulaire, il présente les inconvénients dene pas avoir de forme indépendante et d'être d'un emploi difficile dans une proportion en volume dépassant 70 % pour constituer avec un autre solide un mélange ayant une forme indépendante Si c'est un matériau solide à la température ambiante, la structure en armature de réseau améliore les propriétés mécaniques telles que la friabilité, l'élongation et la résistance mécanique du composant C
ainsi que ses propriétés électriques et optiques.
Ce qui suit est une description représentant une
variété d'exemples d'application du matériau composite fonctionnel suivant la présente invention, classés suivant des matériaux employés comme composant C Cependant, il va de soi que ce qui suit n'exclut pas l'emploi de tout autre matériau comme composant C: ( 1) Exemples dans lesquels un matériau liquide à la température ambiante est utilisé comme matériau C: Si l'on emploie un électrolyte organique ou inorganique comme composant C, le matériau composite suivant la présente invention permet d'obtenir un électrolyte semi-solide qui peut être utilisé pour la fabrication de batteries en papier, de dispositifs d'électrochromie, etc. Le matériau composite A/C contenant une solution de revêtement en placage comme composant C permet le placage sec s'il est interposé entre un matériau devant être plaqué et un matériau ne devant pas être plaqué Si l'on emploie un cristal liquide comme composant C, on obtient un matériau de réglage de la lumière qui peut être utilisé comme écran à cristaux liquides, store à transparence variable à la lumière, etc Si l'on emploie comme composant C un fluide magnétique, on obtient un matériau destiné à la fabrication d'aimants flexibles de scellements nets, etc Si l'on emploie un fluide électro-visqueux, on obtient un matériau qui peut être utilisé dans une variété de dispositifs antivibratoires Si le composant C est composé par deux matériaux organiques Ci et Cz qui réagissent entre eux et s'ils sont employés pour constituer un composite A/Ci et un composite A/C 2, respectivement, et qu'ils sont amenés en contact intime l'un avec l'autre, leur réaction donne un composite Cî/C 2 renforcé par l'armature en réseau du composant A Ce composite peut être utilisé dans des adhésifs réactifs à deux composants pour des adhérences seches, des peintures réactives à deux composants, etc. ( 2) Exemples dans lesquels un matériau solide (y compris une poudre ou un matériau granulaire) à la température ambiante est utilisé comme composant C: Les polymères sont les matériaux typiques pouvant être utilisés efficacement dans ces conditions Il est possible d'utiliser comme composant C par exemple un polymère conducteur de l'électricité tel que le polyaniline, le polypyrole ou polyacétylène, un polymère préparé à partir de matériaux de la série des phtalocyanines et ayant des propriétés transductrices photo-électriques, ou un polymère hygrométrique tel que la chitine, le chitosan, un polymère acrylique ou un polyvinyle d'alcool (PVA) et obtenir des composites A/C ayant différentes propriétés en fonction des polymères employés On peut aussi employer efficacement comme composant C un matériau céramique ayant des propriétés piézo-électriques tel que l e titanate de baryum ou le zirconate de z Inc ou un matériau ayant une propriété d'absorption de la lumière tel que l'oxyde de titane, un conducteur électrique, un métal magnétique ou conducteur éllectrique, une poudre adsorbante de gaz ou désodorisante tell e que l e carbone De plus, l'emploi d'un
matériau commun thermoplastique ou thermodurcissable de poids molé-
culaire élevé ou d'un matériau organique comme composant C fournit un matériau composite dans lequel le matériau utilisé comme composant C a des propriétés améliorées y compris notamment la résistance aux chocs, la résistance
mécanique et l'élongation.
Deux matériaux organiques qui réagissent mutuellement peuvent être microcapsulés séparément pour constituer des matériaux composites A/Cl et A/C 2 qui permettent aux deux matériaux Ci et C 2 de réagir l'un sur l'autre dans des conditions spécifiques (par exemple à une température ou une pression élevée) Si l'on emploie un médicament ou un parfum comme composant C, on peut produire une bande pour cautère à effet graduel ou constant, un produit aromatique, un désodorisant, un médicament micro-encapsulé, etc. Si l'on emploie comme composant C un gel, on obtient un
matériau sensible à la température ou hygrométrique.
Te materiau composite suivant la présente invention peut tre facilement fabriqué par un procédé qui sera décrit ci-après T 1 peut être fabriqué à partir d'un précurseur constitué par un mélange des composants A et B dans lequel le composant A intervient dans une proportion en volume ne dépassant pas 30 %, de préférence ne dépassant pas 25 % ou mieux encore ne dépassant pas 20 %; il est préférable que cette proportion ne dépasse pas 15 % Le matériau composite en résultant contient la même proportion
en volume de composant A que le précurseur.
Le matériau composite fonctionnel suivant la présente invention a des propriétés nettement améliorées qui résultent de l'effet combiné du matériau organique de poids moléculaire élevé employé comme composant A et du matériau solide et/ou liquide employé comme composant C, étant donné 1.5 qu'il maintient les propriétés du composant C alors que le composant A supplée aux inconvénients du composant C On obtient par conséquent un matériau composite fonctionnel nouveau qui possède toutes les propriétés connues jusqu'à présent mais non simultanées, ce composite étant très utile dans une gamme étendue d'applications dans divers domaines
de ll'industrie.
La fabrication d'un mélange de poids moléculaire élevé ou d'un matériau composite poreux suivant la présente
invention sera maintenant décrite.
Le mélange de poids moléculaire élevé suivant la présente invention peut être fabriqué en mélangeant de façon appropriée un matériau organique de poids moléculaire élevé employé comme composant mineur (composant A) et un matériau organique de poids moléculaire faible employé comme composant majeur (composant B), de telle sorte que le maté riau organique de poids moléculaire élevé puisse constituer une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle Sous ce rapport, il est recommandé de s'assurer que le mélange contient la plus petite quantité possible de matériau organique de poids moléculaire élevé et conserve cependant une structure en armature de réseau appropriée ainsi formée De façon plus spécifique, il est recommandé de s'assurer que le matériau organique de poids moléculaire élevé ou composant A occupe une proportion ou un pourcentage en volume ne dépassant pas 30 %, ou de préférence ne dépassant pas 25 % du volume total des composants A et B et forme néanmoins une bonne structure en armature de réseau continue tridimensionnelle La proportion en volume du composant A ne doit pas dépasser de
préférence 20 % ou mieux encore, ne doit pas dépasser 15 %.
Tl est possible d'employer si c'est nécessaire une charge en plus des composants A et B pour fabriquer le mélange de poids moléculaire lélevé suivant la présente invention La charge peut être par exemple constituée par une charge inorganique en paillettes telle que de l'argile, une terre diatomique, du noir de carbone, de la silice, du talc, du sulfate de baryum, du carbonate de calcium ou de magnesium, des oxydes métalliques, des micas, du graphite ou un hydroxyde d'aluminium; une charge solide granulaire ou pulvérulente, telle que des poudres métalliques, des copeaux de bois, de la poudre de verre, de la poudre céramique ou un polymère granulaire ou pulvérulent; ou une charge constituée par des fibres naturelles ou artificielles longues ou courtes telles que de la paille ou des cheveux, des fibres de verre, des fibres métalliques ou polymères. Il est nécessaire de mélanger les composants A et B ainsi que la charge éventuelle dans des conditions appropriées permettant au composant A de constituer une structure uniforme en armature de réseau continue tridimensionnelle De façon plus spécifique, il est nécessaire de les mélanger par agitation à vitesse élevée de l'ordre d'au moins 300 tpm, et de préférence d'au moins 500 tpm ou mieux encore d'au moins 1 000 tpm L'emploi d'un
mélangeur à effet de cisaillement est fortement recommandé.
On ne peut pas former la structure en armature de réseau désirée si les composants sont mélangés à faible vitesse en employant un laminoir ordinaire ou un mélangeur à rotor ou cylindrique. anb slar sa olqo scnb qvqdl le sainqa-Looap Xq sap '#oue;nq a i lou Iq; I N 5 s IS S lOO Dm s P ' Lpq 44 m-a LlX 49 auo-p a E 4 a auoo,4 wlL anb sla 4 seuo-4 sap 'eu L'4 uad a L g a auexaql anb sla'4 sa-,n;es sanb Lq-E Ld-i-lv saanq JL Doop &q sep auaquacd l qe euexaql anb sla' sa Jin es uou sarlb 4-eqd Lt l sarlqaeooo p Xq sop 'cauazuq a I ga au n-loq a'l 'aul- &x er anb slaq san 5 b 4 lu oe sa nqeooap Sq sap quanbasuoo a 1 'd quaaod Imoo sa&oldt qa J 9 4 ua Aned ib Sq 4 USA los O ap saldmaxa saea * qu-soduoo al sed 'ue Aloss Lp au ua noa scd qu;rnbve,u ua qno O a 4 uwsodwoo el l aprnoss'ip uuim-oioej nad Ii&S a suesodmoo al oa i 1 xa anod anbuool Inb anb Tueo qu-5 aios un asili 4 n Lp a'Lqlssod 4 sa II À D qu Lsodwo D o ao a-cd ao-eldwa a l no g quwsodcuou ao a t E 4 xa pnod 9 paooad
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Claims (22)
1 Mélange à poids mol écullaire élevé constitué principal ement par un matériau organique de poids mol éculaire élevé et un matéri all organique de poids molé culaire faible contenant ledit matériau organique de poids moléculaire élevé en proportion inférieure à celle du mat ériau organique de poids moléculaire faible et ayant une structure( 0)en armature de réseau continue tridimensionnelle formée par ledit matériau organique de poids moléculaire
el evé.
2 Mélange selon la revendication 1, dans lequel ledit matériau organique de poids moléculaire élevé -est un thermoplastique ayant un poids moléculaire d'une moyenne
numérique d'au moins 30 000.
3 Mélange selon la revendication 1, dans lequel ledit matériall organique de poids moléculaire faible est un matériau sélectionné dans le groupe constitué par des agents émollients, des plastifiants, des adhésifs, des oligom res, des lubrifiants et des hydrocarbures de pétrole et ayant un poids moléculaire d'une moyenne numérique
inférieure à 10 000.
4 Mélange selon la revendication 1, dans lequel ledit matériau organique de poids moléculaire élevé est contenu dans une proportion inférieure à 30 % en volume calculée suivant l'expression suivante: Pourcentage en volume du matériau organique de poids moléculaire élevé = (Volume du matériau organique de poids moléculaire élevé) / l(Volume du matériau organique de poids moléculaire élevé) + (Volume du matériau organique de
poids moléculaire faible)l.
Mélange selon la revendication 1, dans lequel ladite structure en armature de réseau a un diamètre moyen
d'armature inférieur à 50 microns (d).
6 Mélange selon la revendication 1, dans lequel
ladite structure en armature de réseau a un aiamètre moy-
en de cellule inférieur à 500 microns (D).
7 Matériau poreux fonctionnel, comportant un matériau organique de poids molé 6 culaire élevé formant une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle et ayant
un diamètre moyen de cellule inférieur à 500 microns.
0.n S Matériau poreux selon la revendication 7, dans lequel ledit matériau organique de poids moléculaire élevé est constituué par au moins un matériau sélectionné dans le
groupe constitué par un copolymère en bloc de polyéthy-
lène et d'un copolymère irrégulier d'éthylène-styrène
obtenu par hydrogénation d'un copolymère en bloc de poly-
butadiène et d'un copolymère irrégulier de butadiène-sty-
rène; un copolymère en bloc de polybutadiène et de poly-
styrène; et un copolymère en bloc de polyéthylène et de polystyrène obtenu par hydrogénation d'un copolymnère
en bloc de polybutadiène et de polystyrène.
9 Matériau poreux selon la revendication 7, dans
lequel ladite structure a une porosité supérieure à 70 %.
Matériau poreux selon la revendication 7, dans lequel ladite structure a un diamètre moyen d'armature
inférieur a 50 microns.
11 Proc édé de fabrication d'un matériau poreux selon la revendication 7, qui comporte le mélange d'un matériau organique de poids moléculaire élevé et d'un matériau organi que de poids mol écul aire faibl e en quantité supérieure à celle du matériau organique de poids moléculaire élevé pour préparer un précurseur ayant une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle formée par ledit matériau organique de poids moléculaire élevé et en extrayant ledit matériau organique de poids
moléculaire faible dudit précurseur.
12 Procédé selon la revendication 11, dans lequel ledit matériau organique de poids moléculaire élevé est
sélectionné à partir du groupe constitué par un copoly-
mère en bloc depolyéthylène et d'un copolymère irrégulier
f 35 f d'éthylène-styrène obtenu par hydrogénation d'un copoly-
mère en bloc de polybutadiène et d'un copolymère irrégulier de buta diène-styr ne; un copolymère en bloc de polybutadiène et de polystyrène; et un copolymère en bloc de polyéthylène
et de polystyrène obtenu par hydrogénation d'un copoly-
mère en bloc de polybutadiène et de polystyrène.
13 Procedé selon la revendication 11, dans lequel ledit matériau organique de poids molécul aire faible est séleect ionné à partir d'un groupe constitué par un agent émollient, un plastifiant, un adhésif, un oligomère, un lubrifiant et uin hydrocarbure de pétrole et qui a un poids
moléculaire d'une moyenne numérique inférieure à 10 000.
14 Procédé selon la revendication 11, dans lequel lesdits matériaux organiques respectivement de poids moléculaire élevé et de poids moléculaire faible sont mélangés par agitateur à une vitesse élevée dépassant
300 tpm.
15 Procédé selon la revendication 11, dans lequel ladite extraction est effectuée en dissolvant ledit maté riau organique de poids moléculaire faible dans un
solvant organique.
16 Matériau composite fonctionnel comportant un matériau organique de poids moléculaire élevé formant une struct iure en armature de réseau continue tridimensionnelle avant un diamètre moyen de cellule inférieur à 500 microns, et d'un autre matériau maintenu dans ladite structure. 2.5 17 Matériau composite selon la revendication 16, dans lequel ledit matériau organique de poids moléculaire élevé est constitué par au moins un matériau sélectionné à partir
du groupe constitué par un copolymère en bloc de polyéthy-
lène et d'un copolymère irrégulier d'éthylène-styrène
obtenu par hydrogénation d'un copolymère en bloc de poly-
butadiène et d'un copolymère irrégulier de butadiène-sty-
rène; un copolymère en bloc de polybutadiène et de poly-
styrène; et un copolymère en bloc de polyéthylène et de polystyrène obtenu par hydrogénation d'un copolymère
en bloc de polybutadiène et de polystyrène.
18 Maté riau composite selon la revendication 16, dans lequel ledit autre matériau est un liquide sélectionné dans l e groupe consti tué par un électrolyte organique ou inorganique, une solution de placage, un cristal liquide, un fluide magnétique, un fluide électtro- visqueux et un
matériau organique réactif.
19 Matériau composite selon la revendication 16, dans lequel ledit autre matériau est un solide sélectionné dans le groupe constitué par un matériau de poids moléculaire
élevé, un matériau céramique, un métal et un carbone.
Matériau composite selon la revendication 16, dans lequel ledit matériau organique de poids moléculaire élevé est contenu en proportion inférieure à 30 % en volume calculé suivant l'expression suivante: Pourcentage en volume du matériau organique de poids moléculaire élevé = (Volume du matériau organique de poids moléculaire élevé) / l(Volume du matériau organique de poids moléculaire élevé) + (Volume du matériau organique de
poids moléculaire faible)l.
21 Matériau composite selon la revendication 16, dans lequel ladite structure a une armature d'un diamètre moyen
inférieur à 50 microns.
22 Procédé pour la fabrication d'un matériau composite selon la revendication 16, qui consiste à mélanger un matériau organique de poids moléculaire élevé et un matériau organique de poids moléculaire faible en quantité supérieure à celle du matériau organique de poids moléculaire élevé pour préparer un précurseur ayant une structure en armature de réseau continue tridimensionnelle formée par ledit matériau organique de poids moléculaire élevé et à remplacer ledit matériau organique de poids moléculaire faible dans ledit précurseur par un autre
materi au.
23 Procédé selon la revendication 22, dans lequel ledit matériau organique de poids moléculaire élevé est
sélectionné à partir d'un groupe constitué par un copoly-
mère en bloc de polyéthylène et de copolymère irrégulier d'éthylènestyrène obtenu par hydrogénation d'un copolymère en bloc de polybutadiène et d'un copolymère irrégulier de butadiène-styrène; un copolymère en bloc de polybutadiène et de polystyrène; et un copolymère en bloc de polyéthylène et de polystyrène obtenu par hydrogénation
d'un bloc copolymère de polybutadiène et de polystyrène.
24 Procédé selon la revendication 22, dans lequel ledit matériau organique de poids moléculaire faible est émollient à partir d'un groupe constitué par un agent plastifiant, un plastifiant, un adhésif, un oligomère, un lubrifiant et un hydrocarbure de pétrole et qui a un poids
moleculaire d'une moyenne numérique inférieure à 10 000.
Procédé selon la revendication 22, dans lequel lesdits matériaux organiques de poids moléculaires respectivement élevé et faible sont mélangés par agitateur
à une vitesse élevée supérieure à 300 tpm.
26 Procédé selon la revendication 22, dans lequel ledit remplacement consiste à extraire ledit matériau organique de poids moléculaire faible dudit précurseur en dissolvant le premier dans un solvant organique, en volatilisant ledit solvant à partir de ladite structure et
en chargeant ladite structure par un autre matériau.
27 Procédé selon la revendication 22, dans lequel ledit remplacement comporte l'extraction dudit matériau organique de poids moléculaire faible dudit précurseur en dissolvant le premier dans un solvant organique et en remplaçant graduellement ledit solvant dans ladite
structure par ledit autre matériau.
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