Introduction of ionic liquid via microencapsulation to design enhanced and self-healable epoxy-amine composites
Introduction du liquide ionique via microencapsulation pour concevoir des composites epoxy-amine performants et auto-réparables
Résumé
Epoxy networks are the most widely used thermoset materials. Nevertheless, these highly crosslinked networks display a high brittleness, i.e. a low toughness, which limits their applications in some specific occasions. Therefore, improving the toughness to prevent crack propagation and healing damages which could occur in the epoxy matrices for low strains is a key issue to extent life span of epoxy-based materials such as fiber-based thermoset composites materials. Ionic liquids (IL) have been considered to design high performance epoxies because of the excellent intrinsic properties and a very large number of combinations of cations and anions. Therefore, this works focus on improvement of toughness and self-healing property in conventional epoxy-amine networks via a microencapsulation-based strategy. In the first section, phosphonium type ionic liquid was firstly encapsulated in silica shell-based microcapsules which could contribute to the improvement of the toughness of epoxy-amine network. In the second section, an epoxy monomer was encapsulated in poly(urea-formaldehyde) shell-based microcapsule as an extrinsic healing agent and an ionic liquid was incorporated in epoxy-amine-IL network. Self-healing was expected to be achieved at high temperature by the releasing of the epoxy from the breakage of microcapsules and its polymerization induced by the IL. In the last section, a ionic liquid functionalized epoxy monomer was synthesized. This one was first encapsuled in poly(melamine-formaldehyde) shell microcapsules and that were added into different epoxy-amine matrices to design single microcapsule-based self-healing systems. Therefore, this work focused on different strategies via different combinations of ionic liquids and microcapsules designed for epoxy networks. Numerous research routes and technological applications will be offered based on our results.
La résine époxy est l'un des polymères thermodurcissables les plus largement utilisés pour les applications de haute valeur ajoutée. Leur utilisation est toutefois confrontée au problème de fragilité élevée et de faible ténacité de ce type de polymère hautement réticulé, ce qui limite leurs applications à certains domaines. Par conséquent, améliorer leur ténacité pour freiner la propagation des fissures et guérir les microfissures qui pourraient se créer dans des matrices époxy pourrait conduire à une prolongation de la durée de vie de matériaux polyépoxydes comme les matériaux composites et/ou les adhésifs structuraux. Un liquide ionique (LI) a été adopté pour concevoir un matériau époxy à hautes performances en prenant en compte les excellentes propriétés intrinsèques des liquides ioniques notamment les combinaisons multiples de cations et d'anions. Ces travaux se concentrent sur l'amélioration de la ténacité et de la capacité d'auto-guérison des matrices époxy-amine via une méthodologie déjà largement maitrisée, celle faisant appel à la microencapsulation. Dans une première partie, un liquide ionique de type phosphonium a été encapsulé dans une coque de silice pour former des microcapsules capables d’améliorer la ténacité du réseau époxy-amine via les mécanismes de plasticité mis en jeu. Dans la deuxième partie, le monomère époxy a été encapsulé dans une coque de poly(urée-formaldéhyde) et des microcapsules résultantes ont été considérées comme agent cicatrisant extrinsèque combiné à un liquide ionique incorporé dans le réseau époxy-amine. Dans la dernière partie, un monomère époxy liquide ionique, c’est-à-dire un liquide ionique porteur de fonctions époxyde réactives, a été synthétisé. Celui-ci a d'abord été encapsulé dans des microcapsules à coque poly(mélamine-formaldéhyde) qui ont été ajoutées dans différentes matrices époxy-amine pour concevoir un système d'auto-cicatrisation. En conclusion, ce travail s'est concentré sur différentes stratégies combinant liquides ioniques et composés designer des microcapsules pertinentes pour des systèmes époxys. Bien entendu, les travaux exposés ouvrent vers de nombreuses applications où l’encapsulation de liquides ioniques fait sens (tribologie, corrosion, etc).
Origine : Version validée par le jury (STAR)