Kinetics of silica–silane–additive interactions through combined experimental characterization and multivariate modeling

La transition du noir de carbone vers la silice dans les formulations de bandes de roulement des pneus a permis des améliorations significatives en matière de résistance au roulement et d’efficacité énergétique. Toutefois, elle a également introduit des défis liés à la compatibilité entre la charge et la matrice polymère, nécessitant souvent la fonctionnalisation de la surface de la silice à l’aide d’agents de couplage ou de polymères fonctionnalisés. Cette thèse étudie la chimie d’interface des systèmes silice–silane, en mettant particulièrement l’accent sur le rôle catalytique de la diphénylguanidine (DPG) dans l’amélioration du greffage des silanes sur la surface de la silice. En combinant la spectroscopie infrarouge opérando et une modélisation chimiométrique avancée, ce travail propose une analyse cinétique et mécanistique détaillée des réactions de greffage impliquant à la fois un silane modèle (OcSiMe₂OH) et un agent de couplage d’intérêt industriel (TESPT).La première partie de l’étude est consacrée à la caractérisation de surface de plusieurs silices précipitées commerciales. Une méthode spectroscopique innovante est développée pour quantifier la spéciation des silanols (isolés, associés, internes) ainsi que leur accessibilité, révélant que la réactivité de surface dépend non seulement de la densité totale de silanols, mais aussi de leur nature et de leur distribution. La deuxième partie s’intéresse au comportement de couplage du diméthyloctylsilanol, utilisé comme modèle de SBR fonctionnalisé par des groupements silanols. La présence de DPG améliore significativement l’efficacité de greffage tout en limitant la désorption, un effet attribué à son action catalytique. La dernière partie étend l’analyse au TESPT, sous différentes conditions thermiques et chimiques. Les résultats confirment l’effet promoteur de DPG et mettent en évidence l’interaction complexe entre les caractéristiques de surface des silices, le profil de chauffage et la couverture en silane.Dans l’ensemble, cette thèse propose une méthodologie complète permettant d’étudier les réactions de surface de la silice in-situ et en opérando. Elle fournit à la fois une compréhension mécanistique et des outils de modélisation pour soutenir la conception d’interfaces silice–silane optimisées et plus durables, adaptées aux applications pneumatiques.