Soutenance mémoire
Synthèse de hydrogels par réticulation chimique
Analyse thermique des hydrogels par ATG
L’analyse thermogravimétrique (ATG), en anglais thermogravimetric analysis (TGA), constitue un instrument utile pour la caractérisation de quelques produits du point de vue des propriétés thermiques. Cette technique apporte des informations utiles sur la stabilité thermique des produits de réaction, et surtout sur la température à laquelle commence leur décomposition thermique, phénomène irréversible qui affecte leurs propriétés et limite le domaine d’utilisation (Wirth et al. 2014 ; Wendlandt, 1986). Le principe de la thermogravimétrie est basé sur la mesure de la variation de masse d’un échantillon en fonction de la température et du temps dans une atmosphère contrôlée. Le solide à analyser est placé dans le creuset échantillon alors qu’un creuset vide est placé sur le bras référence de la balance. Le four commence à chauffer, l’élévation de température peut s’effectuer de la température ambiante jusqu’à 1500 °C suivant une rampe de 10 °C par minute. Cette technique permet de détecter les évènements thermiques avec une précision comprise entre 5 et 10 °C. Dans ce travail, l’analyse thermogravimétrique des échantillons a été effectuée dans le laboratoire de matériaux (Université Oran1-Es-Senia) sur un appareil de type LABSYS EVO. Les courbes de perte de poids ont été enregistrées sur l’intervalle de température allant de 25 à 700 °C, dans une atmosphère d’azote avec une vitesse de chauffe de 10 °C/min et elles sont présentées sur la figure II.3.
Théorie de gonflement
Un réseau immergé dans un bon solvant aura tendance à se disperser le plus loin possible afin de réduire son énergie libre. Or les réseaux sont limités dans leur possibilité de se disperser à cause des liaisons permanentes entre les chaînes. Il s’en suit une compétition entre les forces qui tendent à disperser les chaînes et les forces qui tendent à ramener la conformation moyenne des chaînes dans leur état d’équilibre. Donc, on peut dire que les propriétés mécaniques des gels sont similaires à celles des caoutchoucs. Ils possèdent une très grande capacité à se déformer tout en étant capable de revenir à l’état initial. Le processus de gonflement/dégonflement est donc réversible (figure III.1).
Effet du pH sur le gonflement des hydrogels de poly(AMA-MA)
Les hydrogels caractérisés par la présence de groupes fonctionnels hydrophiles tels que les acides carboxyliques, les amines, les alcools etc…, peuvent présenter un comportement de gonflement différent dans des solutions de pH différents. Le volume des hydrogels peut subir un changement discontinu pouvant atteindre plusieurs ordres de grandeurs. Afin d’observer cet effet, les hydrogels de poly(AMA-MA) ont été immergés, pendant 24 h, dans des solutions de pH différents (3, 4, 5,5, 6, 6,7, 7,2, 8 et 10). Le pH du milieu a été ajusté par l’ajout d’une solution de HCl ou de NaOH. Le taux de gonflement maximum a été déterminé une fois l’équilibre atteint. Les résultats obtenus sont portés sur la figure III.7. La figure III.7 représente la variation, en fonction du pH, du taux de gonflement à l’équilibre des hydrogels de poly(AMA-MA).
Conclusion
Nous avons étudié dans ce chapitre les propriétés de gonflement des hydrogels de poly AMA-MA), exprimées en taux de gonflement, dans l’eau distillée à différents pH ainsi que leurs cinétiques de gonflement. Les résultats obtenus montrent que : Les valeurs des taux de gonflement en poids à l’équilibre, dans l’eau distillée à 25°C et à pH différents, sont proportionnelles au taux d’acide maléique incorporé dans chaque hydrogel. Ces résultats peuvent expliquer que l’augmentation de la quantité de l’acide maléique (groupement -COOH) incorporée dans l’hydrogel va améliorer son hydrophilie et par conséquent son gonflement. Un maximum taux de gonflement a été atteint à pH 6,7 pour tous les hydrogels de poly(AMA-MA). Cela peut être dû à la dissociation (ionisation) complète des groupements
acides présents dans l’acide méthacrylique et l’acide maléique. À pH acide, les groupes carboxyliques présentent un caractère hydrophobe en raison de leur faible ionisation. Pour des valeurs de pH = 10, une diminution des taux de gonflement des hydrogels de poly(AMA-MA) a été observée. Cela peut être expliqué par la formation de l’effet écran dû aux ions de sodium provenant de l’ajout de la soude pour assurer un pH basique. Autrementdit, les ions Na+ peuvent s’insérer entre les macromolécules et réduire les répulsions électrostatiques entre les groupes carboxylates et par conséquent la capacité du gonflement. Le système de gonflement des hydrogels de poly(AMA-MA) synthétisés obéit à la cinétique de pseudo second, puisque d’une part, les valeurs des coefficients de corrélation sont proche de l’unité (0,99) et d’autre part, les valeurs des masses d’hydrogels gonflés calculées à l’équilibre (meq,cal) concordent avec celles déterminées par pesée (meq,exp).
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Table des matières Liste des figures Liste des tableaux Résumé/Abstract Liste des abréviations Introduction générale Références bibliographique Chapitre I. Rappels bibliographiques Introduction Les hydrogels Méthodes de synthèse des hydrogels Synthèse de hydrogels par réticulation chimique Réticulation himique par polymérisation radicalaireI. Réticulation chimique par des réactions enzymatiques Réticulation chimique par réaction des groupements fonctionnels Réticulation par réaction de polycondensation Réticulation chimique par les aldéhydes Synthèse des hydrogels par réticulation physique Hydrogels formés par des liaisons hydrogènes Hydrogels formés par des interactions de Van der Waals Hydrogels formés par interactions hydrophobes Hydrogels formés par des liaisons ioniques Classification des hydrogels I.5 Hydrogels intelligents Hydrogels sensibles au pH Hydrogels sensibles à la température Hydrogels sensibles au glucose Hydrogels sensibles à un antigène Application des hydrogels Adsorbants à base de polymères Métaux lourds comme source de pollution des eaux Table des matières Introduction Eléments traces métalliques (métaux lourds) Les principaux métaux étudiés Le cuivre Le zinc Procédés de traitement des effluents industriels Adsorption Adsorption physique ou Physisorption Adsorption chimique ou Chimisorption Applications Facteur influençant l’adsorption Modélisation des données expérimentales Conclusion Références bibliographiques Chapitre II. Synthèse et caractérisation des hydrogels de poly(acide méthacrylique-co-acide maléique) Introduction Préparation des hydrogels Caractérisation des hydrogels de poly(acide méthacrylique-co-acide maléique Analyse par spectroscopie infrarouge FTIR Analyse thermique des hydrogels par ATG Analyse de la Morphologie des hydrogels par MEB Conclusion Références bibliographiques Chapitre III. Etude de gonflement des hydrogels de poly(acide méthacrylique-co-acide maléique) Introduction Théorie de gonflement Facteurs influant le gonflement des hydrogels Etude des propriétés de gonflement des hydrogels de poly(acide méthacrylique-co-acide maléique) Table des matières Taux de gonflement en poids des hydrogels Effet du pH sur le gonflement des hydrogels de poly(acide méthacrylique-co-acide maléique)Cinétique de gonflement des hydrogels de poly(acide méthacrylique-co-acide maléique).. Cinétique de pseudo premier ordre Cinétique de second ordre Cinétique de pseudo second ordre Conclusion Références bibliographiques Chapitre IV. Adsorption des ions métalliques par les hydrogels de poly(acide méthacrylique-co-acide maléique) Introduction Etude de l’adsorption des métaux par les hydrogels de poly(acide méthacrylique-coacide maléique) Capacité d’adsorption Etude de l’effet de différents paramètres sur l’adsorption des métaux Effet du pH Effet du temps du contact Effet de la concentration initiale Effet de la composition d’hydrogel Résultats et discussionsI Elimination du cuivre par les hydrogels de poly(acide méthacrylique-co-acide maléique) Effet du pH Effet du temps de contact Effet de la composition d’hydrogel Effet de la concentration initiale du cuivre Elimination du zinc par les hydrogels de poly(acide méthacrylique-co-acide maléique) .94 Effet du pH Effet du temps de contact Effet de la composition d’hydrogel Effet de la concentration initiale du zinc Table des matières Morphologie des hydrogels après rétention des métaux Modélisation des cinétiques d’adsorption Modèle de pseudo premier ordre Modèle de pseudo second ordre Résultats et discussion Cinétique d’adsorption du cuivr Modèle de pseudo premier ordre du cuivre Modèle de pseudo second ordre du cuivre Cinétique d’adsorption du zincModèle de pseudo premier ordre du zinc Modèle de pseudo second ordre du zinc Conclusion Références bibliographiques Chapitre V. Modélisation des isothermes d’adsorption et étude de Introduction Modélisation des isothermes d’adsorption Isotherme d’adsorption de Langmuir Isotherme d’adsorption de Freundlich Méthode Résultats et discussionsIsothermes d’adsorption du cuivre Isotherme de Langmuir du cuivre Isotherme de Freundlich du cuivre Isothermes d’adsorption du zinc Isotherme de Langmuir du zinc Isotherme de Freundlich du zinc Etude comparative des isothermes d’adsorption Comparaison des capacités d’adsorption de quelques adsorbants Etude de désorption des hydrogels de poly(acide méthacrylique-co-acide maléique Conclusion Références bibliographiques
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