Complexation interfaciale de polymères : propriétés et stabilité d'émulsions millimétriques

Interfacial complexation of polymers : features and stability of millimetric emulsions

• Auteur / Autrice : Perrine Colliat-Dangus
• Direction : Jérôme Bibette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie
• Date : Soutenance le 22/05/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de colloïdes et matériaux divisés (Paris)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Pichon-Comparot, Nicolas Brémond, Mathieu Goutayer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Poulin, Valérie Ravaine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyélectrolytes

Millifluidique

Mots clés libres

Emulsion

Émulsion millimétrique

Interface

Complexation interfaciale

Polyélectrolyte

Membrane

Millifluidique

Compression

Écoulement

Emulsion

Millifluidics

Millimetric emulsion

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l’étude d’une interface eau-huile où a lieu une complexation de deux polymères. La phase aqueuse est une solution de microgels de polyacide acrylique réticulé (carbomer) et la phase organique comprend un polyélectrolyte possédant des fonctions amines (amodiméthicone). Cette interface polymérique permet la stabilisation d’émulsions directes dont la taille des gouttes atteint le millimètre. Les gouttes sont ici fabriquées une à une via une technique millifluidique, ce qui permet d’obtenir une émulsion calibrée. Ce procédé a été mis au point par la société Capsum afin d’encapsuler des parfums ou bien des principes actifs pour la cosmétique. L’adsorption et la complexation des polyélectrolytes à l’interface eau-huile sont tout d’abord caractérisées à l’aide de méthodes de tensiométrie, en statique et en dynamique. Les propriétés mécaniques de la membrane polymérique ainsi que son potentiel stabilisateur d’émulsions sont ensuite étudiés à l’échelle d’une collection de gouttes, en compression par gravité ou bien par centrifugation, ainsi que pour des gouttes uniques en écoulement dans un tube. Ces diverses approches expérimentales permettent de mettre en lumière différents régimes de stabilisation des émulsions en fonction des conditions physico-chimiques. Une observation majeure est que la quantité d’amodiméthicone contrôle l’ancrage du carbomer à l’interface ainsi que l’état fluide ou bien solide de l’interface et donc la stabilité de l’émulsion correspondante. De plus, lorsque la membrane est solide, c’est-à-dire lorsqu’il y a réticulation des microgels via l’amodiméthicone, un phénomène remarquable de propagation de la rupture de la membrane au sein d’une émulsion sous compression est révélé.

This work focuses on the study of an oil-water interface where the complexation of two polymers takes place. The aqueous phase is a solution of cross-linked polyacrylic acid microgels (carbomer) and the oil phase contains a polyelectrolyte possessing amine groups (amodimethicone). The stabilization of an emulsion of millimeter-sized droplets is achieved with this polymeric interface. Designed by millifluidic, the droplets are made one by one and a calibrated emulsion of oil in water is obtained. The process was developed by the company Capsum, with the objective to encapsulate perfumes or active ingredients for cosmetics. First, we characterize the adsorption and complexation of the polyelectrolytes at the oil-water interface with both static and dynamic tensiometry methods. Then, we study the mechanical properties of the polymeric membrane along with its capacity to stabilize emulsions, at the level of a collection of droplets undergoing compression which is applied either by gravity or by centrifugation, and also at the level of single droplets flowing through a glass capillary. Thanks to those various experimental methods, and depending on the physico-chemical conditions, the different emulsion stabilization regimes are highlighted. A major observation is that the amount of amodimethicone controls the anchoring of the carbomer at the interface, setting the interface state from fluid to solid, and therefore the corresponding emulsion stability. Moreover, when the membrane is solid, that is to say when the microgels are electrostatically cross-linked with the amodimethicone, a remarkable propagation of membrane rupture within an emulsion undergoing compression is revealed.