c. Paramètres influents sur la cinétique
des réactions
Les cinétiques relatives de l'hydrolyse et de la
condensation, responsables de la croissance des amas polymériques qui
engendrent le réseau, vont imposer les caractéristiques du gel
obtenu. Ces vitesses de réaction, et par suite la viscosité,
dépendent de plusieurs paramètres dont il faudra donc tenir
compte lors du choix d'un processus d'élaboration :
L'ensemble des paramètres influençant le
déroulement des réactions précédemment
détaillées, et donc les caractéristiques du
matériau final, sont [26-27-28-15]:
? L'influence du pH: Etant donnés les
mécanismes mis en jeu lors de la gélification, il semble
évident que le pH va jouer un rôle important dans
l'évolution des réactions ; en effet, les ions H3O+ et OH n'ont
pas la même influence sur les deux types de réaction. le cation
H3O+, attiré par l'oxygène, facilite la substitution des groupes
-OR par -OH-(hydrolyse), tandis que l'anion OH-, attiré par le
métal (M) électronégatif, privilégie la formation
de liaison M-O-M (condensation).
? Un pH acide favorise les réactions d'hydrolyse et
donc la formation de composés à chaînes linéaires
(gels polymériques).
? Un pH basique favorise plutôt les réactions de
condensation et ainsi l'obtention de matériaux à chaînes
ramifiées (gels colloïdales).
Catalyse acide Gel
polymérique
Catalyse basique Gel colloïdale
Physique des matériaux 26
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Chapitre II Synthèse des nanopoudres
YPO4:Pr3+et techniques expérimentales
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Figure II.5. Différents assemblages
possibles des amas polymériques suivant le type de
catalyse [29]
? Température du milieu réactionnel :
C'est le premier paramètre à considérer, qui
intervient dans toute réaction chimique. Une élévation de
la température du milieu réactionnel accroît les
cinétiques de réactions.
? Solvant et dilution : Les alcoxydes ne sont
pas miscibles dans l'eau, il est donc nécessaire de mélanger les
précurseurs, l'eau et éventuellement le catalyseur, dans un
solvant commun.
? Un solvant portique polaire améliore la vitesse des
réactions d'hydrolyse.
? En milieu dilué, les espèces chimiques
étant plus dispersées, les cinétiques de réactions
dépendent de la diffusion des molécules dans la solution.
? La quantité d'eau: La proportion d'eau
ajoutée au sol exerce une grande influence sur la vitesse de
gélification et les caractéristiques du gel. L'effet de la
quantité des molécules d'eau ajoutées est lié au
taux d'hydrolyse noté h=[H20]/[M-(OR)n] .
- h<1 : condensation régie par la formation de ponts
par alcoxolation (matériaux sous forme de chaînes).
- 1<h<n : formation de gels polymériques
(matériaux sous forme de fibres ou revêtements).
- h>n : formation de polymères très
réticulés, de gels colloïdaux voire de
précipités si un grand excès d'eau est ajouté
(matériaux sous formes de gels massifs ou poudres).
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