Cette étude s’intéresse aux mélanges Polyamide 6 / Polyéthylène Haute Densité compatibilisés par voie réactive, plus particulièrement aux relations entre (1) la formulation, les paramètres de mise en œuvre en extrusion bivis corotative et (2) la morphologie et la microstructure des mélanges. Des morphologies multi-échelles ont été observées en Microscopie Électronique à Balayage et en Transmission. À l’échelle micrométrique, les morphologies suivantes ont été développées : dispersion nodulaire, nodules étirés et co-continuité. Les paramètres procédés n’influençant pas le type morphologie, les régions correspondant aux types de morphologies ont pu être rassemblées sur des diagrammes ternaires. Dans le cas des mélanges compatibilisés, deux mécanismes de formation de ces morphologies sont proposés : (1) la réaction de compatibilisation très rapide et efficace entraîne la formation de nano-dispersions par instabilités d’interface et (2) le mécanisme classique de rupture/coalescence de domaines moins riches en copolymère permet de former des morphologies jusqu’à l’échelle micrométrique. L’évolution de la taille maximale des domaines en fonction de la composition ainsi que la distribution de tailles ont été modélisés par des mécanismes de percolation. La stabilité des morphologies en statique, sous cisaillement contrôlé et au cours d’une deuxième étape de mise en forme a ensuite été étudiée. Le copolymère formé à l’interface permet de stabiliser la taille des morphologies. Enfin, une cristallisation à plus basse température a été mise en évidence en Calorimétrie Différentielle à Balayage lorsque les polymères sont confinés dans des domaines submicroniques. / This study deals with reactively compatibilized Polyamide 6 / High Density Polyethylene blends. More precisely, it focuses on the relationship between (1) the formulation, the processing parameters in corotating twin screw extrusion and (2) the morphologies and the microstructures of blends. Multi-scale morphologies were observed by Scanning and Transmission Electron Microscopy. At the micron scale, the following morphologies were developed: nodular dispersions, stretched nodules and co-continuous morphology. As the processing conditions did not influence the types of morphology, the different morphological regions were reported in ternary diagrams. In the case of compatibilized blends, two mechanisms for morphology development have been proposed: (1) the compatibilization reaction, being very fast, leads to the formation of nano-dispersions by interfacial instabilities and (2) the standard break-up/coalescence mechanism of domains poor in copolymer could lead to the formation of morphologies up to the micron scale. Both the evolution of the largest size as a function of the composition and the distribution of sizes were modeled using percolation concepts. The stability of the morphologies was then studied either during static annealing or controlled shear or in a second step processing. The copolymer formed at the interface allows stabilizing the size of the morphologies. Finally, crystallization at lower temperature was observed by Differential Scanning Calorimetry when the polymers are confined in submicron domains.

L'enjeu de ce travail est de comprendre les paramètres contrôlant les mécanismes de développement des morphologies et notamment la formation des nanodispersions pour des mélanges binaires de polyamides 6 de différentes masses molaires et de polyéthylène haute densité greffé anhydride maléique, mis en oeuvre par extrusion réactive. Le choix stratégique des matériaux a permis de balayer une large gamme de rapports de viscosité ainsi que différentes architectures de copolymères formés à l'interface. Les mécanismes de nature rhéologique ont été isolés méthodiquement des mécanismes dus à la réaction à l'interface en étudiant, d'une part, des mélanges non compatibilisés PA6/PEHD, puis l'effet de la réaction de compatibilisation seule en condition statique. Différents mécanismes de rupture de gouttes basés sur des instabilités capillaires sont proposés selon le rapport de viscosité. L'observation de microstructures ordonnées de copolymères aux interfaces en condition statique démontre la déstabilisation de l'interface fortement relié à la symétrie des copolymères formés. Les propriétés rhéologiques des mélanges sont étudiées ensuite. Les mécanismes de relaxation observés sont discutés, en particulier ceux liés aux interfaces et aux interactions entre nodules, en lien avec les morphologies des mélanges. Dans les mélanges compatibilisés, le comportement type gel ou solide-élastique (forte augmentation de l'élasticité aux basses fréquences), pour les mélanges concentrés, suggère la création d'un réseau percolant d'interactions entre nodules voisins. Enfin, un modèle performant de prédiction de la composition à l'inversion de phase à partir du comportement rhéologique est proposé / The aim of this work is to understand the parameters that control the morphology development mechanisms, and especially, the formation of nanodispersions. This study deals with binary blends of polyamide 6 of different molecular weights and maleic anhydride grafted high density polyethylene, processed by reactive extrusion. The strategic choice of blend components allowed to cover a wide range of viscosity ratio and various copolymer architectures formed at the interface. Mechanisms controlled by classical rheological laws were methodically isolated from mechanisms specific to the compatibilization reaction at the interface by studying, on the one hand, uncompatibilized PA6/HDPE blends, and on the other hand, the effect of the compatibilization reaction in static condition. Different drop break-up mechanisms based on capillary instabilities are proposed depending on viscosity ratios. The observation of ordered microphase separated copolymer domains at the interfaces in static condition attests of the spontaneous interface destabilization, strongly related to the copolymer asymmetry. Blends rheological properties are then studied. The different relaxation mechanisms obtained are discussed, especially those related to the interfaces and interactions between droplets, relatively to blends morphologies. In compatibilized blends, gel-like or solid-elastic behavior (strong elasticity increase at low frequencies) for concentrated blends, suggest the creation of a percolating network of interactions between neighboring droplets. Finally, an efficient model for predicting the phase inversion composition from the rheological behavior is proposed

Les thermoplastiques contenant du PDMS ont attiré beaucoup d’attention à cause de leur potentiel dans un large spectre d’applications. Lors du mélange du PDMS avec des thermoplastiques, le problème de la compatibilité ne peut être ignoré. Cette dernière engendre de faibles propriétés mécaniques ainsi qu’une surface rugueuse. Par conséquent, le défi principal des mélanges PDMS/thermoplastique est de trouver un moyen efficace et adapté, comme le mélange réactif in situ, pour compatibiliser les différentes phases. Récemment, nous avons trouvé une réaction intéressante entre l’hydrosilane (SiH) et les groupes carbonyles catalysés par le triruthénium dodecacarbonyle [Ru3(CO)12]. Il a le potentiel pour réaliser cette compatibilisation réactive. Dans un premier temps, nous avons étudié le mécanisme de la réaction d’hydrosilylation catalysée par le ruthénium dans le cas du N-méthylpropionamide. Les composés N-silicatés formés qui peuvent jouer par la suite le rôle de compatibilisant lors du mélange réactif. Dans un deuxième temps, cette réaction d’hydrosilylation a été étendue au mélange réactif de PA12 avec du PDMS terminé hydride en conditions de mélange fondu. La réaction a été réalisée rapidement (en 1 minute) en présence de Ru3 (CO) 12 (1wt%). Ensuite, nous avons étudié la microstructure des deux mélanges. En comparaison avec le mélange non réactif, la dispersion du PDMS dans celui réactif était clairement améliorée puisque la taille des domaines. En outre, dans de telles conditions réactives et en présence du catalyste de ruthénium, une réaction d’oxydation du PDMS-SiH est partiellement observée. Ceci inclue par exemple les propriétés de stabilité thermique, de comportement cristallin, d’énergie de surface et de perméabilité et séparation des gaz. Dans un troisième temps, nous nous sommes intéressés à l’application de la réaction d’hydrosilylation catalysée par le ruthénium aux composites PBT/polyméthylhydrosiloxane (PMHS). Cependant, à cause des températures élevées nécessaires à la mise en forme du PBT (220°C), une réaction de réticulation entre le PBT et le PMHS apparait mais également et une auto-réticulation du PMHS. Enfin, ces résultats montrent une application potentielle et initial de ruthénium hydrosilylation catalysées à compatibilisation réactive entre l'hydropolysiloxane et un polyamide ou un polyester / Polydimethylsiloxane (PDMS) containing thermoplastics have attracted much attention due to their potential in wide range of applications. However, when blending PDMS with thermoplastics, the incompatible problem cannot be ignored. It may results in weak mechanical properties and a rough surface. Therefore, the main challenge of PDMS and thermoplastic blend is to find an efficient and convenient way like in situ reactive blending to realize the compatibilization between tthem. Recently, we found an interesting reaction between hydrosilane (SiH) and carbonyl group catalyzed by triruthenium dodecacarbonyl [Ru3(CO)12]. It has potential to realize such reactive compatibilization. Firstly, we investigated the mechanism of ruthenium catalyzed hydrosilylation reaction of N-methylpropionamide, and found that the formed N-silylated compounds which can work as compatibilizers in later reactive blending. Then this hydrosilylation reaction was extended to the reactive blending of PA12 with hydride terminated PDMS under molten processing conditions. The reaction was carried out quickly (in 1 minute) in the presence of Ru3(CO)12 (1wt%). Compared to the unreacted one, the dispersion of PDMS after reaction was obviously improved. Besides, in such reactive conditions, PDMS-SiH oxidation reaction was partially observed. This phenomenon leads to a second PDMS gel based phase. Properties like thermal stability, crystalline behavior, surface energy and gas permeability and separation of such blends were also studied. Secondly, ruthenium catalyzed hydrosilylation was also applied to PBT and polymethylhydrosiloxane (PMHS) which was processed at higher temperature (220°C). The final material includes the crosslinking network formed between PBT and PMHS and a part of PMHS self-crosslinking forming PMHS gel-like phase due to the higher processing temperature of PBT and high reactivity of PMHS. Finally, these results show a potential and initial application of ruthenium catalyzed hydrosilylation to reactive compatibilization between hydride polysiloxane and polyamide or polyester