Dans la recherche de nouvelles voies pour s'affranchir de l'utilisation des solvants de coalescence dans les peintures en phase aqueuse, nous nous sommes intéressés aux films de latex hydrophobes, structurés en coeur-écorce, possédant un coeur élastomérique de polybutylacrylate (PBA) et une écorce vitreuse de polyméthylméthacrylate (PMMA). Les particules composées de plus de 10% de PMMA ont une structure coeur-écorce avec une écorce continue. Ces latex forment des films à température ambiante. Les films formés sont structurés : une matrice continue composée des écorces des particules en contact et des inclusions composées des cœurs des particules. Nous avons modélisé, étudié numériquement et expérimentalement la compression de coques remplies d'un matériau incompressible. En comparant la déformabilité de telles coques et l'action des forces capillaires, nous avons pu dégager et évaluer les paramètres déterminant la filmification: les rayons des particules et l'épaisseur des écorces. Cela nous a mené à étudier le contact entre particules structurées.

Lors de leur déformation, ces films ont un caractère ductile avec un seuil de plasticité marqué et un allongement à la rupture de l'ordre de 150%. Aux faibles déformations, les propriétés mécaniques sont dirigées par les propriétés de la phase continue de PMMA et par l'interphase entre cœur et écorce des particules. Le seuil de plasticité est également gouverné par le PMMA ductile dans ce type de structure, semblables aux matériaux renforcés chocs. Les grandes déformations sont gouvernées par les interfaces faibles entre particules : une décohésion progressive de ces interfaces conduit à la rupture des films.

The object of this thesis is to study the behavior of soft core - hard shell hydrophobic latex films. The motivation that led to the study of these materials was the search for alternative ways to produce environmental friendly coatings free of volatile organic compounds (VOC). We used polybutylacrylate (PBA) core, polymethylmethacrylate (PMMA) shell latex particles. We observe that when the content of PMMA was more than 10% the shell was continuous. Up to 30% PMMA contents these latex particles form films under regular room conditions. These films are structured and consist of soft core PBA inclusions embedded in a continuous PMMA matrix.

In order to determine the parameters which control the film formation we use a simple model of a stiff shell filled with a soft incompressible material. The model was studied analytically and compared to numerical simulations and to compression experiments. By comparing the deformability of the model system with the capillary forces we were able to determine and evaluate the dominant parameters, namely, the size of the particles and the width of the external shell. The contact between two structured particles was studied as well.

Once the film is formed it is characterized by a ductile behavior with a plasticity threshold and elongation at break of 150%. This is in contrast to the behavior of pure PMMA which is fragile. Indeed, we show that the structure of our material is similar to that of ductile plastic materials where rubber is added to PMMA.

We find that small deformations are governed by the continuous PMMA phase and the internal interface between cores and shells. The plasticity threshold is governed mostly by the PMMA phase. In contrast, large deformations are governed by the weak interfaces between particles. These interfaces break progressively leading to film rupture.