Control and characterization of the properties of Pickering emulsions stabilized with silica particles from a chemical product design approach - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2022

Control and characterization of the properties of Pickering emulsions stabilized with silica particles from a chemical product design approach

Contrôle et caractérisation des propriétés d'émulsions de Pickering stabilisées avec des particules de silice à partir d'une approche type génie des produits formulés

Abstract

The chemical product design approach tries to understand and control the link between the micro-, meso- and macroscopic properties of a finished product. In this approach, the understanding of the global behavior of the product requires the characterization of its three constitutive scales, in order to control its end-use properties and to be able to fulfill a specification, which is generally imposed. This approach is adapted to the study of non-equilibrium and multi-component systems. Pickering emulsions, or particle-stabilized emulsions, are a rich experimental field to apply this approach. In this thesis, we worked with commercial silica particles to stabilize the emulsions. The size and wettability of the particles were characterized. The nature of the emulsions could be direct reverse water-in-oil or direct oil-in-water. In addition, we tested three different stirrers: Rushton turbine, rotor-stator and ultrasonic probe to prepare them. Systematic characterizations of the emulsions concerned the average drop size, the rheological behavior and partitionning of the silica particles between the liquid/liquid interfaces and the continuous phase. We found that the composition-process coupling allowed to control these properties. In a first step, we focused on reverse and direct emulsions prepared with the same emulsification process. In a second step, we proposed a systematic study of direct emulsions prepared mainly with two emulsification processes. And in a third time, we tried to push the limits of the dispersed phase fraction of these emulsions as well as a modeling of their rheological behavior.
Le génie des produits formulés propose une démarche pour essayer de comprendre et contrôler le lien entre les propriétés micro-, méso- et macroscopiques d'un produit fini. Dans cette démarche, la compréhension du comportement global du produit nécessite la caractérisation de ses trois échelles constitutives, afin de maîtriser ses propriétés d'usage et pouvoir remplir un cahier de charges (généralement imposé). Cette approche s'adapte à l'étude des systèmes hors-équilibre et à plusieurs composants. Les émulsions de Pickering, ou émulsions stabilisées avec des particules solides, représentent un terrain expérimental riche pour utiliser cette approche. Dans le cadre de cette thèse, nous avons travaillé avec des particules de silice commerciales pour stabiliser les émulsions. La taille et la mouillabilité des particules ont été caractérisées. La nature des émulsions pouvait être directe inverse eau-dans-huile ou directe huile-dans-eau. De plus, nous avons testé trois agitateurs différents : turbine Rushton, rotor-stator et sonde à ultrasons pour les préparer. Les caractérisations systématiques des émulsions concernaient la taille de goutte moyenne, le comportement rhéologique et la répartition des particules de silice entre les interfaces liquide/liquide et la phase continue. Nous avons trouvé que le couplage composition-procédé permettait de contrôler ces propriétés. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux émulsions inverses et directes préparées avec un même procédé d'émulsification. Dans un deuxième temps, nous avons proposé une étude systématique d'émulsions directes préparées principalement avec deux procédés d'émulsification. Et dans un dernier temps, nous avons essayé de pousser les limites de la composition de ces émulsions ainsi qu'une modélisation de leur comportement rhéologique.
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Cite

Diego Ramos. Control and characterization of the properties of Pickering emulsions stabilized with silica particles from a chemical product design approach. Chemical and Process Engineering. Université de Lorraine, 2022. English. ⟨NNT : 2022LORR0204⟩. ⟨tel-04105855⟩
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