Étude de la synthèse, de la vulcanisation et des propriétés du caoutchouc naturel époxydé hydrogéné (HENR) et de la vulcanisation dynamique du mélange HENR/polypropylène

Ces travaux ont pour objectif l’amélioration des propriétés physico-chimiques du caoutchouc naturel (NR), telles que la tenue en température et la résistance à l’huile, par un processus de modification chimique. Deux méthodes de modification chimique ont été menées en continu comprenant successivement l’époxydation et l’hydrogénation du caoutchouc naturel en phase latex de (NRL). Le NRL a été traité avec de l’acide performique in situ produit par la réaction de l’acide formique et du peroxyde d’hydrogène pour obtenir un produit partiellement époxydé ou du caoutchouc naturel époxydé (ENR) en phase latex, qui a été ensuite modifié ses unités non saturées résiduelles en utilisant l’hydrazine et le peroxyde d’hydrogène pour conduire à l’hydrogénation. La structure chimique du caoutchouc modifié ainsi obtenu, appelé caoutchouc naturel époxydé hydrogéné (HENR), a été caractérisée par RMN-1H, FTIR et diffusion Raman. La RMN-1H a été utilisée avec succès pour analyser le pourcentage de modifications chimiques. Deux types de HENR, dont le HENR-1 (degré d’hydrogénation de 27% mol et degré d’époxydation de 17 %mol) et le HENR-2 (degré d’hydrogénation de 25 % mol et degré d’époxydation de 28 % mol) ont fait l’objet d’une étude de leurs propriétés thermiques comparées au caoutchouc naturel (NR), au caoutchouc naturel époxydé (ENR) et au caoutchouc naturel hydrogéné (HNR). Il a été observé que les caoutchoucs modifiés disposent de meilleures propriétés thermiques ainsi qu’une température de transition Tg plus élevée que NR, en raison de l’incorporation d’unitécs époxyde et de la réduction de l’insaturation de la chaîne moléculaire. La cristallisation induite sous contrainte des HENRs préparés est identique à celle de NR. Les HENR-1 et HENR-2 vulcanisés présentent une résistance à la traction supérieure à celle du NR vulcanisé. De plus, les résistances à l’huile, à l’ozone et à l’humidité des échantillons modifiés ont également été améliorées. Les thermoplastiques vulcanisés (TPV) mis au point à partir de NR modifié et de polypropylène (PP) sont généralement considérés comme des matériaux respectueux de l’environnement. La vulcanisation dynamique de différents NRs modifiés/PP selon la proportion 70/30 w/w% et HENR-2/PP avec divers rapports de mélange (70/30, 60/40, 50/50, 40,60 et 30/70 w/w%) a été réalisée. Leur morphologie, étudiée par microscopie électronique à balayage et imagerie Raman, a montré l’agglomération de particules de caoutchouc vulcanisées dispersées dans une phase continue de PP. Pour le rapport 70/30 w/w%, il a été constaté que la vulcanisation thermoplastique de HENR-2/PP présente des propriétés mécaniques exceptionnelles telle une résistance à la traction de 7,84 MPa et un allongement à la rupture de 171,43%. De plus, pour améliorer la compatibilité entre HENR-2 et PP, du polypropylène greffé anhydride maléique (PP-g-MAH) selon diverses proportions a été introduit dans les TPVs. On constate qu’une proportion de 10 phr de PP-g-MAH dans HENR-2/PP à 70/30 w/w% entraine une résistance à la traction améliorée à 8,89 MPa et un allongement à la rupture également supérieur devenu égal à 242,04%. Ces nouvelles propriétés sont liées à l’interaction de l’anhydride maléique de PP-g-MA avec l’unité époxyde dans HENR. Nos études de calorimétrie différentielle (DSC), analyse mécanique dynamique (DMA) et spectrométrie infra-rouge (FTIR) confirment la compatibilité entre HENR-2 et PP. Enfin, le retraitement des TPV HENR/PP a été exploré et les résultats ont montré que les TPVs obtenus présentent une potentialité de recyclage, ce qui confirme les excellentes propriétés environnementales des matériaux que nous avons développé.In this research, chemical modification of natural rubber in order to improve the drawbacks and enhance its properties was focused. Two chemical modifications including epoxidation followed by hydrogenation of natural rubber latex (NRL) were carried out continuously in one-pot system. The NRL was treated with in-situ performic acid generated from the reaction of formic acid and hydrogen peroxide to obtain partially epoxidized product or epoxidized natural rubber (ENR) latex which was then further modified its residual unsaturated units using hydrazine and hydrogen peroxide to perform hydrogenation reaction. The chemical structure of the obtained modified rubber so called hydrogenated epoxidized natural rubber (HENR) was characterized by 1H-NMR, ATR-FTIR and Raman aspectroscopy. Two types of HENR including HENR-1 (27 mol% degree of hydrogenation and 17% mol% degree of epoxidation) and HENR-2 (25 mol% degree of hydrogenation and 28% mol% degree of epoxidation) were subjected to investigate their thermal properties compared to the NR, ENR and hydrogenated NR (HNR). It was found that the modified NRs possess higher thermal property and increased Tg as compared to NR, due to both incorporation of epoxide units and reduced unsaturation of the molecular chain. The prepared HENRs were found to maintain the strain induced crystallization character which is the feature of NR. The vulcanized HENR-1 and HENR-2 showed superior tensile strength compared to vulcanized NR. In addition, the oil, ozone and weathering resistances of modified NRs were also improved. Thermoplastic vulcanizate (TPV) from modified natural rubber and polypropylene (PP) was developed which is considered an environmentally-friendly material. Dynamic vulcanization of the various modified NRs/PP at 70/30 w/w% and HENR-2/PP with various blend ratio (70/30, 60/40, 50/50, 40,60, and 30/70 w/w%) was performed and the morphology studied by scanning electron microscopy and Raman mapping showed the agglomeration of vulcanized dispersed rubber particles in PP continuous phase. At 70/30 w/w%, it was found that the thermoplastic vulcanizate of HENR-2/PP exhibits the outstanding mechanical properties which are tensile strength of 7.84 MPa and elongation at break of 171.43%. In addition, to improve the compatibility between HENR-2 and PP, polypropylene-grafted-maleic anhydride (PP-g-MAH) with various contents was introduced in TPVs. It was found that 10 phr of PP-g-MAH in HENR-2/PP at 70/30 w/w% showed the superior properties which tensile strength is 8.89 MPa and elongation at break is 242.04%. DSC, DMA and FTIR studies can confirm the compatibilization between HENR-2 and PP. Finally, reprocessing of HENR/PP TPVs was explored and the results showed that obtained TPVs can be reprocessed which also affirm environmentally outstanding properties of TPV

Sustainable Rigid Polyurethane Foam from Wasted Palm Oil and Water Hyacinth Fiber Composite—A Green Sound-Absorbing Material

A novel rigid sound-absorbing material made from used palm oil-based polyurethane foam (PUF) and water hyacinth fiber (WHF) composite was developed in this research. The NCO index was set at 100, while the WHF content was set at 1%wt with mesh sizes ranging from 80 to 20. The mechanical properties, the morphology, the flammability, and the sound absorption coefficient (SAC) of the PUF composite were all investigated. When the WHF size was reduced from 80 to 20, the compression strength of the PUF increased from 0.33 to 0.47 N/mm2. Furthermore, the use of small fiber size resulted in a smaller pore size of the PUF composite and improved the sound absorption and flammability. A feasible sound-absorbing material was a PUF composite with a WHF mesh size of 80 and an SAC value of 0.92. As a result, PUF derived from both water hyacinth and used palm oil could be a promising green alternative material for sound-absorbing applications

Enhancement of Bacterial Anti-Adhesion Properties on Robust PDMS Micro-Structure Using a Simple Flame Treatment Method

Biofilm-associated infections caused by an accumulation of micro-organisms and pathogens significantly impact the environment, health risks, and the global economy. Currently, a non-biocide-releasing superhydrophobic surface is a potential solution for antibacterial purposes. This research demonstrated a well-designed robust polydimethylsiloxane (PDMS) micro-structure and a flame treatment process with improved hydrophobicity and bacterial anti-adhesion properties. After the flame treatment at 700 ± 20 °C for 15 s, unique flower-petal re-entrant nano-structures were formed on pillars (PIL-F, width: 1.87 ± 0.30 μm, height: 7.76 ± 0.13 μm, aspect ratio (A.R.): 4.14) and circular rings with eight stripe supporters (C-RESS-F, width: 0.50 ± 0.04 μm, height: 3.55 ± 0.11 μm, A.R.: 7.10) PDMS micro-patterns. The water contact angle (WCA) and ethylene glycol contact angle (EGCA) of flame-treated flat-PDMS (FLT-F), PIL–F, and C–RESS-F patterns were (133.9 ± 3.8°, 128.6 ± 5.3°), (156.1 ± 1.5°, 151.5 ± 2.1°), and (146.3 ± 3.5°, 150.7 ± 1.8°), respectively. The Escherichia coli adhesion on the C-RESS-F micro-pattern with hydrophobicity and superoleophobicity was 42.6%, 31.8%, and 2.9% less than FLT-F, PIL-F, and Teflon surfaces. Therefore, the flame-treated C-RESS-F pattern is one of the promising bacterial anti-adhesion micro-structures in practical utilization for various applications