Synthèse de terpolymères ABC linéaires et en étoile et étude de leur auto-organisation en films minces

Synthesis of linear and star miktoarm ABC terpolymers and their self-assembly in thin films

• Auteur / Autrice : Ségolène Antoine
• Direction : Georges Hadziioannou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Polymères
• Date : Soutenance le 22/12/2017
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Lecommandoux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Lecommandoux, Christophe Sinturel, Didier Gigmes, Jean-Paul Chapel, Ilias Iliopoulos, Karim Aissou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Sinturel, Didier Gigmes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyaddition

Couches minces

Autoassemblage

Synthèse (chimie)

Copolymères

Mots clés libres

Auto-assemblage

Terpolymère

Film mince

Polymérisation anionique

Self-assembly

Terpolymer

Thin film

Anionic polymerization

Résumé

L’objectif premier de ce travail a été de trouver une méthode de synthèse permettant depréparer des terpolymères ABC linéaires et en étoile en gardant la masse molaire des blocs A et B(PS et P2VP) constantes, tout en faisant varier la masse molaire du bloc C (PI) de sorte à avoiraccès à différentes morphologies. Le deuxième objectif consistait en l’auto-assemblage desterpolymères synthétisés sous forme de films minces.Afin de répondre au premier objectif de cette thèse, une voie de synthèse, combinant lapolymérisation anionique avec une méthode de couplage, a été mise au point. La polymérisationanionique séquentielle des blocs PS et P2VP a donné lieu à des chaînes PS-b-P2VPfonctionnalisées qui ont été ensuite couplées à différents blocs PI via une estérification de Steglich.Cette méthode de synthèse s’est révélée pertinente car des terpolymères ABC linéaires et en étoiletrès bien définis (c-à-d ayant une dispersité inférieure à 1.1) ont pu être synthétisés. De plus, laméthode de couplage, ayant un rendement proche de 100%, ne met pas en jeu l’utilisation de métalen tant que catalyseur.Dans un deuxième temps, l’auto-organisation des terpolymères a permis d’obtenir denouvelles morphologies sous forme de films minces. Un recuit par vapeur de solvant a été utilisépour apporter de la mobilité aux chaînes terpolymères. Ainsi, nous avons montré que l’autoorganisationde chaînes terpolymères linéaires (PS-b-P2VP-b-PI) permettait la formation d’unephase double gyroid coeur-écorce en film mince. De plus, l’auto-organisation des terpolymères enétoile (3 μ-ISP) a permis d’obtenir un pavage d’Archimède de type (4.6.12) pour la première foisen film mince. Dans ce cas, nous avons aussi montré que varier la masse molaire du bloc PI ainsique la nature du solvant de recuit permettait une rotation des domaines au sein la structure.Typiquement le coeur de la structure peut être occupé soit par le PI ou bien le PS.

The first objective of this work was to develop a synthesis method enabling the preparationof linear and star ABC terpolymers. The molecular weights of the A and B (PS and P2VP) blockswere kept constant while the size of the C (PI) block was varied to achieve different morphologies.The second objective of this work was devoted to the study of the self-assembly of linear and starABC terpolymer thin films. A synthesis route combining the anionic polymerization with acoupling method was developed. The PS and P2VP blocks were synthesized by a sequential anionicpolymerization. The PI block separately synthesized by anionic polymerization was then coupledto the PS-b-P2VP diblock via a Steglich esterification. This method revealed to be efficient sinceit is a catalyst metal-free reaction enabling to achieve well-defined terpolymers with a dispersitybelow 1.1The study of star and linear ABC terpolymer self-assembly led to new morphologies in thinfilm. A solvent vapor annealing treatment was used to promote the mobility of the polymericchains. A core-shell double gyroid structure was produced from the self-assembly of linear PS-b-P2VP-b-PI thin films. Four different crystallographic planes were observed depending on the filmthickness. Moreover, the self-assembly of star ABC terpolymer chains into a thin film (4.6.12)Archimedean tilling pattern was demonstrated for the first time. Here, the PS and PI blocksoccupied different places within the (4.6.12) tiling pattern depending on the PI volume ratio andthe solvent selected to swell the film.