Synthèse d'un matériau hybride polyimide/silice par voie sol-gel : Etude structure/propriétés

Synthesis of a hybrid material polyimide/silica - Study structures/properties

• Auteur / Autrice : Benoît Didier
• Direction : Nicole Albérola
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux polymères et composites
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Chambéry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sol-gel, Procédé

Synthèse (chimie)

Polyimides

Résumé

Ce travail a consisté à synthétiser un matériau hybride polyimide/silice par voie sol-gel. La préparation de ces matériaux pose un problème de compatibilité entre les phases organique et inorganique. La silice et le polymère n'ont pas d'affinité particulière et ont tendance a créer une forte ségrégation de phase. Pour éviter ce phénomène plusieurs solutions ont été reportées dans la littérature, comme l'utilisation d'agent de couplage. Dans notre cas, nous avons réduit ce phénomène en créant des liens covalents entre le. . . Celles-ci vont réagir avec la silice lors du procédé sol-gel. Nous avons fait varier différents paramètres tels que le taux de greffage entre les phases, ou le catalyseur utilisé lors du procédé sol-gel. La suite du travail a consisté à étudier les différentes morphologies obtenues en fonction de l'évolution des paramètres de synthèse. Pour cela, nous avons utilisé différentes techniques tel que l'analyse thermogravimétrique, la détermination de densité, la spectroscopie infrarouge, ou la microscopie. Ce travail nous a permis de déterminer les taux de silice, la taille des particules au sein de la matrice et leur état de dispersion. Nous avons également étudié la microstructure de nos matériaux par spectroscopie mécanique dynamique. En effet, les différentes morphologies conduisent a des effets sur le renforcement de la phase silice sur les propriétés mécaniques de nos matériaux. Nous avons ainsi pu identifier des phénomènes de percolation pour certains de nos matériaux. Dans un dernier temps, nous avons étudié les propriétés de perméation gazeuse de nos matériaux, afin de tirer les grandes évolutions des coefficients de perméabilité et de sélectivité en fonction du taux de silice et du taux de greffage entre la phase organique et inorganique. Nous avons ainsi montré que l'introduction de la silice et le greffage de celle-ci avec le polymère conduisaient à des matériaux moins perméable, mais généralement plus sélectif

This work consisted to synthesize a hybrid material polyimide/silica by sol-gel process. The preparation of these materials has a problem of compatibility between the phases organic and inorganic. Silica and polymer do not have particular affinity and tend to create strong phase segregation. To avoid this phenomenon several solutions were reported ln the literature, like the use of coupling agent. In our case, we reduced this phenomenon by creating covalent bonds between polyimide and silica. For that, we fixed along the backbone of polyimide some functions alkoxysilanes which are reactive with silica functions. These functions will react with silica during the sol-gel process. We varied various parameters such as the grafting rate between polymer and silica, or catalyst used at the time of the sol-gel process. The continuation of work consisted in studying the various morphologies obtained according to the evolution of the parameters of synthesis. For that, we used various techniques such as the thermogravimetric analysis, the determination of density, the infra-red spectroscopy, or microscopy. This work enabled us to determine the silica rates, the size of the particles within the matrix and their state of dispersion. We also studied the microstructure of our materials per dynamic mechanical spectroscopy. Indeed, different morphologies have various effects on the reinforcement of silica. We thus could identify phenomena of percolation for some of our materials. In a last time, we studied the properties of gas permeation of our materials, in order to draw the great evolutions from the coefficients of permeability and selectivity according to the silica rate and from the rate of grafting between the organic and inorganic phase. We thus showed that the introduction of silica and the grafting of this one with polymer conducted to materials less permeable, but generally more selective