Étude de la chimisorption de polymères sur des oxydes de fer et de titane

Nous avons mis au point une procédure impliquant différentes méthodes d’analyse pour révéler le mode de traitement des particules lamellaires d’alumine par deux polymères acryliques et les propriétés qui en résultent. Nous allons appliquer la même démarche à d’autres oxydes métalliques, des oxydes de fer (gœthite, hématite, oxyde de fer noir) et un dioxyde de titane (anatase). Le traitement de surface par ces polymères est il aussi efficace que pour l’alumine ? Est il possible d’avoir un traitement  » universel » des pigments d’oxydes métalliques par des polymères ? Comme la réactivité de surface dépend fortement des fonctions chimiques des deux protagonistes, c’est un peu la quête du Graal. Nous simplifierons un peu la démarche. Nous avons vu, grâce à la thermogravimétrie, que la spectrométrie infrarouge est une méthode quantitative pour déterminer, la quantité de polymère déposée (chapitre IV.4.3) et la partie résiduelle après lavage (chapitre IV.4.4). Elle prouve aussi que cette dernière est chimisorbée (chapitre IV.4.5). Nous n’utiliserons pas la méthode de thermogravimétrie pour étudier le traitement de ces oxydes pour nous concentrer sur leur analyse infrarouge. Notons la contribution décisive de l’AFM pour étudier la distribution du polymère sur la surface des lamelles d’alumine et ainsi interpréter les résultats d’XPS. L’AFM est très efficace sur des surfaces simples, telles que le plan de base de l’alumine, par contre son utilisation est beaucoup moins efficace dans le cas de particules complexes de forme globalement sphérique. C’est la raison pour laquelle nous ne l’utiliserons pas sur ces oxydes.

Le choix des oxydes est conditionné par leur utilisation en cosmétique. Pour cette raison les oxydes choisis doivent répondre aux normes en vigueur dans ce domaine. Afin d’obtenir une gamme assez large de surfaces, 4 oxydes ont été privilégiés. Un dioxyde de titane de couleur blanche, et trois oxydes de fer : la gœthite un hydroxyde de fer jaune, l’hématite un oxyde de fer rouge comme son nom l’indique, et l’oxyde de fer noir. Ces trois derniers pigments, en plus de nous donner une gamme de couleur assez étendue, nous permettront aussi de pourvoir les comparer entre eux. La différence de nature chimique permettra d’explorer un domaine assez vaste. Contrairement à la surface d’alumine qui est majoritairement le plan de base (0001), la surface de ces différents cristaux sera moins bien définie, comme l’observation au MEB a pu le montrer. Nous avions observé des grains de géométrie beaucoup plus complexe, variant de bâtonnets (gœthite) figure II.7, à globulaire (hématite, oxyde de fer noir et anatase) figures II.8, II.9 et II.11. Il n’y aura donc plus un plan cristallographique principal qui sera traité mais une très grande variété de plans associée à une rugosité beaucoup plus importante.

 La combinaison de ces deux éléments va induire des vitesses de sédimentation a priori comparables si d’une part, les traitements de surface rendent hydrophobes les particules et, si d’autre part il n’y a pas d’agglomérat de particules. Nous avons vu que les différents oxydes sont naturellement hydrophiles du fait du grand nombre de fonctions polaires en surface des particules. Celles-ci sont souvent agglomérées initialement (fig. II.6 à II.11). Le traitement de surface associé à une intense agitation mécanique va-t-il réussir à casser ces agglomérats pour traiter individuellement les particules ou au contraire va- t-il participer à en former de plus gros ? L’observation de la sédimentation devrait nous permettre de répondre à cette question en utilisant l’équation de Stokes (équation IV.1).Pour les oxydes de fer et l’anatase (fig. V.1 à V.4), nous avons repris les mêmes conditions de traitement (chapitre IV.1) et d’observation de la sédimentation (chapitre IV.2.1) que pour l’alumine. L’évolution des mélanges a été systématiquement enregistrée au cours du temps. Comme ces traitements subissent des évolutions très différentes en fonction du temps nous avons sélectionné les étapes les plus significatives pour chacun.