Structure et propriétés de matériaux composites obtenus par hétérocoagulation de latex de caoutchouc naturel et de noir de carbone

This thesis investigates the storage hardening of natural rubber and carbon black composites made by heterocoagulation. Heterocoagulation is a process that consists in injecting a carbon black slurry at high speed into a colloidal suspension of natural rubber. We obtain a squishy and highly hydrated material that is subsequently dried and processed using an internal mixer or a mechanical press. The hardening is characterized using various rheological techniques among which torsional rheology and Mooney viscosimetry. Many parameters are investigated: the processing technique, the storage environment, the presence of residual water, temperature, the carbon black content. We define characteristic times of hardening whose temperature dependence indicates that the hardening results from a activated process. The energies of activation are nearly independent of the experimental parameters and compare well to that found in natural rubber. Swelling experiments in good solvent show that hardening is associated with the buildup of an interconnected network of macromolecules. We discuss the origin of this network in relation with the microstructure of natural polyisoprene and the presence of phospholipids and proteins.Cette thèse étudie le phénomène de durcissement qui a lieu pendant le stockage des composites de latex de caoutchouc naturel et de noir de carbone fabriqués par hétérocoagulation. Ce procédé consiste à injecter à très grande vitesse une suspension aqueuse de noir de carbone dans du latex de caoutchouc naturel. Le matériau spongieux et très hydraté qui est obtenu est ensuite séché et mis en forme par malaxage ou pressage. Nous mesurons le durcissement des composites à l’aide de plusieurs méthodes rhéologiques parmi lesquelles la rhéologie de torsion et la viscosimétrie de Mooney. L’effet d’un grand nombre de paramètres est étudié : le mode de mise en forme des composites, l’environnement du stockage, la présence d’eau résiduelle, la température, la fraction massique de noir de carbone. Nous définissons des temps caractéristiques de durcissement dont la dépendance en température indique que le durcissement résulte d’un processus activé thermiquement. Les énergies d’activation sont peu dépendantes des paramètres expérimentaux et comparables à celle trouvée pour le caoutchouc naturel pur. Des expériences de gonflement en bon solvant montrent que le durcissement est associé à la formation d’un réseau de macromolécules interconnectées dont nous discutons l’origine en relation avec la microstructure du polyisoprène naturel et la présence de phospholipides et de protéines