Technologie Silane
Le silane : la solution en matière de nanotechnologie chimique
L’utilisation de nanoparticules inorganiques dans des matrices organiques, comme les peintures, réside dans leur incompatibilité l’un pour l’autre. En effet les liaisons ioniques rencontrent les liaisons covalentes, comme par exemple le sel avec des molécules/polymères organiques. Les interactions physiques ainsi créées par l’ajout de ces nanoparticules ne peuvent vaincre les interactions chimiques dans les polymères, ce qui conduit inévitablement à une agglomération des particules inorganiques. En outre, les particules qui sont incorporées comme agent de remplissage dans des matrices organiques ont une certaine liberté de mouvement, de telle sorte que des effets comme le farinage apparaissent.
Une solution possible à ce problème est ce que l’on appelle les silanes.
L’atome de base d’un silane est le silicium (Si). Le silicium figure parmi le groupe des cristallogènes juste au-dessous du carbone sous le numéro atomique 14. Le silicium est un semi-métal classique et présente pour cette raison aussi bien des propriétés de métaux que de non-métaux. Le silicium élémentaire pur est gris-noir et possède une brillance métallique typique, souvent de couleur bronze à bleutée. Dans sa forme oxydée, le silicium est le dioxyde de silicium SiO2 bien connu comme étant l’élément principal du verre. Elément singulier, le silicium peut, outre des liaisons ioniques, former dans des conditions normales des liaisons covalentes stables avec le carbone. Ces liaisons appelées organosilanes peuvent être utilisées en tant que « molécule pont » (molécule de transition) entre la chimie organique et inorganique.
La chaîne carbonée liée de manière covalente peut être utilisée pour la fonctionnalisation d’une surface (hydrophile, hydrophobe) mais également pour sa polymérisation en réseaux organiques.
Du « côté inorganique », le silicium peut réagir aussi bien avec le détachement de groupes -OR, en général, des groupes de dérivés éthoxy ou méthoxy, qu’avec d’autres silanes mais également avec des liaisons inorganiques ou des surfaces. La réaction inorganique des silanes en vue de la formation de réseaux moléculaires ou de la création/modification de surfaces de nanostructures ou de nanoparticules s’effectue en général via hydrolyse ou via un procédé de condensation des silanes appelé procédé sol-gel.
Procédé sol-gel
Les substances produites via procédé sol-gel pour lesquelles des groupes organiques covalents sont insérés au sein d’un réseau inorganique sont désignées également comme composés organiques-inorganiques. Ces derniers sont obtenus à partir de réactions d’hydrolyse ou de condensation comme par ex. à partir d’oxyde de silicium modifié. Modèle des étapes d’hydrolyse (4) et de condensation (5) au moyen de l’exemple du méthyltrialkoxysilane (représentation simplifiée) :
Grâce aux processus de condensation (5), on obtient un réseau tridimensionnel avec une structure inorganique modifiée organiquement dont les propriétés souhaitées sont déterminées par le choix du reste organique. Il est possible de contrôler les dimensions des segments des composants organiques-inorganiques allant de l’échelle moléculaire à nanométrique („T 5 nm).
Etant donné que les températures de durcissement sont plus basses que celles de dissociation des chaînes latérales organiques, il est possible de décrire les matériaux à plusieurs composants qui sont utilisés en tant que matériaux de revêtement par NANO-X.
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