Polymères nanocomposites multifonctionnels. Impact sur les propriétés mécaniques de polymères à mémoire de forme

Multifunctional polymer nanocomposites. Impact on mechanical properties of shape memory polymers

• Auteur / Autrice : Marion Jannot
• Direction : Laurence Rozès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 13/12/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Perrin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Bodelot, Stéphane Delalande, Fabien Szmytka
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yann Marco, Jean-Pierre Habas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux intelligents

Matériaux hybrides

Polymères

Mots clés libres

Polymères

Nanocomposites

Hybrides

Structure - propriétés

Mémoire de forme

Multifonctionnalité

Polymers

Nanocomposites

Hybrids

Structure - properties

Shape memory

Multifunctionality

Résumé

Ces travaux de thèse sont basés sur l’élaboration de polymères nanocomposites qui mettent en évidence la possibilité de concevoir de nouveaux systèmes hybrides à mémoire de forme à partir d’un copolymère thermoplastique élastomère semi-cristallin, le poly(éthylène – acétate de vinyle). Parmi les différentes stratégies recensées pour obtenir un effet mémoire de forme thermo-stimulé, un réseau réticulé par une composante inorganique à base d’oxo-polymère de silicium (polydiéthoxysiloxane) ou de titane (polydibutyltitanate), a été choisi. Les essais de traction ont permis de montrer que l’apport d’une composante inorganique de type oxo-polymère de titane permet un renfort remarquable pour un taux d’oxo-polymère croissant. À température ambiante et à 100°C, un accroissement respectif du module de rigidité jusqu’à 3,8 fois et 57 fois plus important est obtenu par rapport à un système témoin purement organique réticulé par des peroxydes. À l’instar du matériau témoin, tous les nanocomposites élaborés présentent des propriétés de mémoire de forme dans des conditions de temps, de contrainte et de température adaptées. En présence de l’oxo-polymère de titane, la nature dynamique iono-covalente de l’interface hybride participe à l’obtention de propriétés supplémentaires classant ainsi ces nanocomposites comme des matériaux thermo-adaptables. L’utilisation des systèmes hybrides organique – inorganique permet ainsi, par la modulation de la nature de l’interface hybride et de la nanostructuration, d’obtenir des matériaux multifonctionnels aux propriétés de mémoire de forme, de thermoformage, de recyclabilité et de réparation.

These works based on the developments of polymer nanocomposites illustrate the possibility of creating shape memory hybrid materials from a semi-crystalline thermoplastic elastomer copolymer, the poly(ethylene – vinyl acetate). Amongst the different approaches which exist to obtain thermo-responsive shape memory polymers, we chose to elaborate chemically crosslinked networks in attendance of an inorganic component as silicon oxo-polymer or titanium oxo-polymer. Tensile test showed that hybrid materials with titanium oxo-polymer provide an important reinforcement. At room temperature and at 100 °C, the elastic modulus of the material increase more than 3.8 times and 57 times in comparison to organic reference material crosslinked by peroxides. As the reference material, all nanocomposites display shape memory properties under appropriate conditions of time, stress and temperature. With titanium oxo-polymer, the dynamic iono-covalent nature of the hybrid interface bring news properties. Thermadapt nanocomposite materials are obtained. The use of an organic – inorganic hybrid material enable by tuning nanostructuration and nature of the hybrid interface to obtain multifunctional materials with shape memory properties, reprocessability, recyclability and thermally induced healing properties.