Polymérisation frontale

Les progrès de la chimie des polymères ont conduit à la mise au point de monomères et d’agents d’initiation fournissant des fronts de polymérisation propagés par l’exothermicité de la réaction de polymérisation et le transport de la chaleur du produit polymérisé vers le monomère. L’utilisation de procédés de polymérisation basés sur ce mode de polymérisation trouve de nombreuses applications, notamment le durcissement rapide de polymères sans chauffage externe, le durcissement uniforme d’échantillons épais, la préparation sans solvant de certains polymères et le remplissage / scellement de structures présentant des cavités de forme quelconque sans chauffage la structure à l’extérieur. Une limite importante de ce processus réside dans le fait que les fronts s’éteignent lorsqu’ils essaient de se propager à travers des canaux trop étroits (probablement dus à des pertes de chaleur par conduction) ou trop larges (pour des raisons inconnues, ce que nous proposons comme pertes par chaleur induit.) Même en l’absence d’extinction, les instabilités de convection et de flottabilité peuvent affecter la structure et les propriétés des matériaux polymérisés ainsi que les vitesses de propagation des fronts. Le but de ce travail est de déterminer les mécanismes d’extinction et d’instabilité et, ainsi, de déterminer les moyens permettant d’obtenir un produit plus utile en termes de gravité du produit et de µg.

Les expériences seront effectuées dans deux géométries distinctes, en particulier les cellules de Hele-Shaw et les tubes ronds (Figure 1), à la pesanteur et à la microgravité de la Terre. Nos expériences de combustion de gaz dans des tubes ronds de diamètre différent ont montré deux limites d’extinction distinctes dues à ces processus; il sera déterminé si la même chose s’applique aux fronts en polymère. Des comparaisons avec les instabilités et les mécanismes d’extinction des flammes et des fronts de réactions chimiques autocatalytiques aqueuses seront également effectuées. Les effets de la tension superficielle entre fluides miscibles (décrits ci-dessus) seront également évalués (voir également la figure 2 ci-dessous). La fluorescence induite par laser (Figure 3) sera utilisée pour obtenir des images des fronts de polymérisation. Des simulations numériques des fronts de polymérisation frontale à la fois dans les cellules de Hele-Shaw et dans les tubes ronds seront également effectuées.


Figure 1. Schéma de principe des appareils expérimentaux illustrés pour les fronts se propageant vers le haut dans les cellules Hele-Shaw et leurs fronts se propageant vers le bas dans les tubes Bain-marie et tous les diagnostics illustrés utilisés pour les appareils Hele-Shaw et à tubes. Système LDV pour tests 1g uniquement. Non illustré: interféromètre à cisaillement au laser.


Figure 2. Illustration schématique de l’effet proposé des gradients de tension superficielle sur l’écoulement le long du front du polymère (illustré se propageant vers le haut). Notez que le sens d’écoulement est opposé à l’écoulement thermocapillaire conventionnel.

(a)
(b)
(c)
(d)

Figure 3. Images des fronts de polymérisation. (a) image LIF avec 20 ppm (en masse) d’indicateur fluorescent BODIPY 493503 (de Molecular Probes, Eugene, OR) éclairé par une plaque de lumière laser à argon-ion de 0,5 mm d’épaisseur, propagation vers le haut, pas de panaches thermiques sortant des spires du fil de l’allumeur); (b) image LIF en utilisant l’indicateur BODIPY 493503, propagation vers le bas, sans Cab-o-sil (notez le doigt des produits non fluorescents s’étendant vers le bas); (c) image LIF en utilisant l’indicateur BODIPY 493503, propagation vers le bas, 0,75 g de Cab-o-sil; (d) Identique à (c) mais image directe (pas de LIF). Toutes les images: diamètre du tube (w) 18 mm, composition du mélange 1,5 g AP, 15 ml d’HEMA, 15 ml de DMSO.

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Source de la page: http://ronney.usc.edu/research/Polymers/Polymers.html

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