Propriétés physico-chimiques de verres hybrides organiques/minéraux : Etude spectrométrique Raman et infrarouge du système (TMOS-TMSM-MMA)

= Physico-chemical properties of organic/inorganic hybrid glasses : Raman and FTIR study of the system (TMOS-TMSM-MMA)

• Auteur / Autrice : Aouatif Bakkali
• Direction : Zina Sassi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physicochimie de la Matière
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LTM – Laboratoire de thermochimie Minérale (Lyon, INSA1959-1987)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyaddition

Condensation

Hydrolyse

Sol-gel, Procédé

Spectroscopie infrarouge

Spectroscopie Raman

Matériaux hybrides

Résumé

Les matériaux hybrides organo-minéraux, à base de TMSM, conjuguant à la fois les propriétés des polymères et des céramiques sont de nouveaux matériaux constitués par une matrice minérale de type Si-O-Si et des chaînes organiques de type méthacrylate. Leur élaboration est rendue possible par rassociation du procédé sol-gel et des techniques de polymérisation. Ce travail a concerné la mise au point d'un verre hybride pour différentes utilisations notamment pour des applications de revêtements. La synthèse de ce matériau fait intervenir trois monomères : un organo-silane, un macro-organo-silane contenant une fonction méthacrylate et un méthacrylate (TMOS, TMSM, MMA). Dans le but d'appréhender le comportement des réactions mises en jeu, une étude systématique de chacun des constituants du matériau a été effectuée par spectrométrie vibrationnelle (diffusion Raman et absorption IR), RMN et spectrométrie X aux petits angles (SAXS). La corrélation des résultats obtenus par ces différentes techniques a conduit à la caractérisation physico-chimique du verre hybride. En effet, il y a au stade de la synthèse une compétition entre gélification et polyaddition radicalaire. Un traitement thermique à 80°C et/ou à 160°C permet l'évacuation partielle des solvants et mène à leur terme les deux phénomènes en compétition. Cette étude a permis d'approcher une modélisation cinétique des réactions d'hydrolyse et de condensation des alcoxysilanes utilisés. A l'issue de cette étude, la structure intime du verre hybride a pu être approchée. Une modélisation de sa microstructure a pu être établie.

Hybrid organic-inorganic, TMSM based materials adding the physical properties of both polymers and ceramics are new materials made of an inorganic ''network'', of Si-O-Si type and organic chains of metacrylate type. The preparation of such materials have been made possible by association of sol-gel processes to polymerization techniques. In the work presented here, the preparation of a hybrid glass has been studied in order to give the glass specific properties, namely to form covering films. The synthesis of this material needs three monomers: an organo-silane, a macro-organo-silane containing metacrylate function and a metacrylate (TMOS, TMSM, MMA). In order to investigate the behavior of the chemical reactions involved in the preparation process, a systematic study of each constituent of the material and their mixtures has been developed by means of vibrational spectroscopy (Raman and Infrared), RMN and Small Angle X Spectrometry (SAXS). Correlating the results obtained from these different techniques have helped characterize the physico-chemical properties of the hybrid glass. During synthesis gel formation and radical polyaddition compete. Thermal treatments at 80°C and/or 160°C help evaporate the solvents and lead to completed reactions. In the study, a kinetic model for thy hydrolysis and condensation reactions concerning alcoxysilanes has been established. The very structure of the final hybrid glass has been determined and a model of its microstructure has been proposed.