Dynamique du polyamide dans l'état solide en présence de solvants et à l'état fondu

Dynamics of polyamide in the solid state in presence of solvents and in the molten state

• Auteur / Autrice : Florentina Maria Preda
• Direction : Paul Sotta
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 05/01/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Polymères et Matériaux Avancés
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Éliane Espuche
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Carrot, Louise-Anne Fillot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Henk Huinink, Peter Van Puyvelde

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhéologie

Solvants

Polymères cristallins

Polyamides

Mots clés libres

Polyamide

Cristallinité

Interactions fortes

Liaison hydrogène

Dynamique

Solvants

Rhéologie

Polyamide

Crystallinity

Strong interactions

Hydrogen bonds

Dynamics

Solvents

Rheology

Résumé

Dynamique du polyamide dans l'état solide en présence de solvants: Les polyamides sont une famille de polymères thermoplastiques semi-cristallins largement utilisés dans l'industrie automobile grâce à leur excellente stabilité thermique et propriétés mécaniques. Cependant, ces propriétés peuvent être affectées par la sorption de l'eau présente dans l'atmosphère ou de l'éthanol présent dans les biocombustibles. Les cinétiques de sorption et la sorption à l'équilibre dépendent des mécanismes d'interaction entre le solvant et le polyamide et des mécanismes de sorption et de diffusion. La diffusion et la sorption de solvants dans les polyamides sont des phénomènes complexes à cause de l'existence d'interactions spécifiques (liaisons hydrogène), d'hétérogénéités dynamiques dans la phase amorphe, de changements dans la dynamique du polymère en présence de solvants et de l'existence d'une phase cristalline. Puisque l'accessibilité de la phase amorphe peut avoir une influence sur les mécanismes de diffusion et de sorption, la diffusion et la sorption de différents solvants (eau, alcools de tailles différentes) ont été comparés dans un polyamide 100% amorphe et son homologue semi-cristallin. Nous avons confirmé que la phase amorphe d'un polymère semi-cristallin n'est pas entièrement accessible à l'eau, ce qui est en accord avec la littérature. Une deuxième partie de cette étude a été consacrée à la relation entre la diffusion de solvants et la dynamique de la phase amorphe. Premièrement, nous avons mis en évidence que les mécanismes de diffusion Fickien et non-Fickien peuvent être expliqués par la variation des coefficients de diffusion avec la concentration de solvant. Deuxièmement, l'influence de la relaxation du polymère a été évaluée par Spectroscopie Diélectrique. Une simple comparaison des échelles de temps de la diffusion et de la relaxation alpha, associée à la transition vitreuse, indique que les deux phénomènes ne sont pas directement corrélés. Cependant, la diffusion semble corrélée à la relaxation secondaire beta, qui décrit la dynamique locale des groupements amide en présence d'eau

Dynamics in the solid state in presence of solvents: Polyamides are a family of semi crystalline thermoplastic polymers widely employed in the automotive industry due to its excellent thermal stability and mechanical properties. However, polyamide can be significantly affected by the absorption of low molecular weight penetrants like water. The rate of sorption and amount of absorbed solvent depend on the mechanisms of interaction between solvent and polyamide, along with sorption and diffusion mechanisms. Diffusion and sorption of solvents in polymers can be very complex because of the existence of specific interactions (non-polar or polar), dynamic heterogeneities in the amorphous phase, modification of the polymer dynamics induced by the solvents and different crystalline phases. In polyamide/solvent systems, all of these factors have to be taken into account. A first part of this study focused on the accessibility of the amorphous phase in semicrystalline polyamides. A comparison between a 100% amorphous polyamide and its semicrystalline counterpart of equivalent chemical structure suggests that the amorphous phase in semi-crystalline polyamide is not entirely accessible to the solvents. A second part of this study focused on the diffusion mechanisms of water and ethanol in polyamide. Fickian or non- Fickian diffusion mechanisms could be explained by the variation of the diffusion coefficients as a function of solvent concentration. Moreover, the relationship between water diffusion and the dynamics of the amorphous phase in polyamide was investigated. A simple comparison of dielectric characteristic relaxation times with the timescale of diffusion suggests that diffusion and polyamide alpha relaxation (associated to the glass transition) should not be directly correlated. However, diffusion is correlated to the secondary beta relaxation, which encompasses the local chain dynamics of hydrogen bonded amide groups in the presence of water. A mechanism of diffusion based on the trapping of water molecules between neighboring sorption sites (amide groups) is proposed in these strongly interacting polymers