Design of biphasic polymeric fiber from melt-spinning charged with nanoparticles : effects of the formulation and the fillers localization, to obtain a functionalized fiber at surface level
Institution:
LilleDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The work aims to make the functional porous polypropylene (PP) fibers as well as PP microfibers, by the melt spinning of PP-poly(vinyl alcohol) (PVA) blends followed with the selective phase extraction of PVA. The objective is to first find out the optimal ratio of PP and PVA for fabrication of multifilament yarns by melt spinning, and to localize the filler at the biphasic interface. The fillers include not only the homogenously modified silica nanoparticles, but also the kaolinite Janus particles. The concomitant morphology evolution of the extrudates and fibers were observed. The work mainly discusses about the fabrication of porous fibers, but also makes an exploratory experiment to reverse the ratio to fabricate the microfibers. It was found that the ratio of two polymers as 70 wt.%/30 wt.% is an ideal formula for fabricating the porous fibers. Both of the two fillers are successfully tailored at the biphasic interface. The localization of silica nanoparticles within the biphasic can be fixed by the thermodynamic control, and one of the sorts has been dominantly localized at the biphasic interface. In addition, the Janus particles provide an alternative way to have the interface localization, which even helps the mechanical enhancement. The feasibility of microfiber production with the embedment of the fillers was also demonstrated.
Abstract FR:
Le but de ce travail est de développer des filaments fonctionnels de polypropylène (PP) poreuses mais aussi des microfibres de PP par filage voie fondu de mélange de polymères immiscibles PP/Poly(vinyl-alcool) (PVA) après extraction sélective de la phase de PVA. Le premier objectif est de déterminer le ratio optimal entre le PP et le PVA afin d’obtenir la filabilité du mélange et de localiser les charges à l’interface du mélange biphasique. Les charges utilisées sont à la fois des nanoparticules de silices modifiées ainsi que des particules Janus à base de kaolinite, favorisant la localisation à l’interface. Les morphologies et les localisations des charges ont été analysées à la fois sur des joncs extrudés ainsi que sur des fibres. Le travail s’est concentré principalement sur des ratios de polymères permettant d’obtenir des fibres de PP poreuses, mais un travail exploratoire a permis de déterminer les conditions d’obtention de microfibres de PP. Le ratio PP/PVA avec 70 % de PP et 30 % de PVA en masse est la formulation idéale pour fabriquer ces fibres poreuses. La localisation des nanocharges de silice dans le mélange biphasique est principalement contrôlée par la thermodynamique du mélange, et en fonction des tensions de surface des nanosilices, la localisation à l’interface a pu être obtenue. De plus, les particules Janus permettent une voie alternative afin d’obtenir une localisation à l’interface, qui apportent un renforcement mécanique de la formulation. La faisabilité de la production de microfibres via l’inversion de phase PVA/PP avec l’ajout de nanocharges a été démontrée.