Characterization of Polymer Layered Silicate Nanocomposites by Rheology and Permeability Methods: Impact of the Interface Quality

• Published in: Oil & gas science and technology 2015-02, Vol.70 (2), p.267-277
• Main Authors: Waché, Rémi, Klopffer, Marie-Hélène, Gonzalez, Serge
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Barriers; Chemical Sciences; Clay; Clay (material); Coefficients; Diffusion; Diffusion barriers; Diffusion layers; Dye dispersion; Exfoliation; Fillers; Interactions; Nanocomposites; Natural gas; Organic chemistry; Permeability; Polymers; Polyolefins; Properties; Properties (attributes); Rheological properties; Rheology; Silicates
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189; 2804-7699
• DOI: 10.2516/ogst/2013196

Polymer clay nanocomposites are mostly described as materials with improved properties. However, many studies are not concluding about the possible benefits. This work reports permeability measurements on different polyolefins nanocomposites. Clay exfoliation has been proved by various techniques. Unfortunately, the nanocomposite does not exhibit good barrier properties. Hence, permeability coefficients were found to increase. A poor quality of the interface between filler and medium is likely to be responsible for this degradation. Insufficient interactions between silicate layers and the surrounding polymer lead to preferential pathways for diffusion. Organoclay exfoliation does not necessarily lead to better barrier properties. A good quality of the interface between polymer and filler is required to reach a high performance level. The standard techniques used to characterize exfoliation degree do not permit to highlight this kind of phenomena. Les nanocomposites polymère argile sont généralement décrits comme des matériaux aux propriétés améliorées. Cependant de nombreuses études ne sont pas forcément concluantes quant aux bénéfices attendus. Le présent travail rapporte des mesures de perméabilité sur différents nanocomposites à matrice polyoléfine. L’exfoliation de l’argile a été établie grâce à diverses techniques. Malheureusement les nanocomposites ne présentent pas de meilleures propriétés barrière. Plus spécifiquement une augmentation des coefficients de perméabilité a été constatée. Une mauvaise qualité de l’interface entre l’argile et la matrice est probablement responsable de cette dégradation. Une interaction insuffisante entre les feuillets de silicate et le polymère les entourant entraîne la formation de chemins préférentiels de diffusion. L’exfoliation d’argile organophile n’est donc pas suffisante pour conduire à l’obtention de meilleures propriétés barrière. Une bonne qualité de l’interface entre le polymère et la charge est nécessaire pour atteindre de bonnes performances. Les techniques classiques qui caractérisent l’exfoliation ne permettent pas de mettre en avant ce type de phénomène.