Rhéologie interfaciale des polymères à l'état fondu / aspects expérimentaux et fondamentaux

Interfacial rheology of polymers in the molten state/ experimental and fundamental aspects

• Auteur / Autrice : Younes El Omari
• Direction : Abderrahim Maazouz, Jannick Duchet-Rumeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux Polymères
• Date : Soutenance le 02/12/2022
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....) - Ingénierie des Matériaux Polymères - Site INSA Lyon / IMP
• Jury : Président / Présidente : Nadia El Kissi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abderrahim Maazouz, Jannick Duchet-Rumeau, Nadia El Kissi, Patrick Anderson, Lazhar Benyahia, Philippe Marchal, Mohammed Yousfi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Anderson, Lazhar Benyahia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Surfaces

Interfaces (sciences physiques)

Polymères -- Rhéologie

Polymères

Mots clés libres

Matériaux

Polymère liquide

Propriétés de surfaces

Propriétés interfaces

Rhéologie interfaciale

Cisaillement

Dilatation

Compression

Polymère semi-Cristallin

Materials

Liquid polymer

Surface properties

Interface properties

Interfacial rheology

Shear

Dilatation

Compression

Semi-Crystalline polymer

Résumé

Les travaux de cette thèse portent sur la rhéologie interfaciale en cisaillement et en dilatation/compression de systèmes polymères. Dans un premier temps, notre choix a porté sur l’étude de systèmes modèles à base de PIB poly (isobutylene) et PDMS poly (dimethylsiloxane). Ces polymères présentent l’avantage d’être liquides à température ambiante. Les propriétés de surface et d’interface ont été sondées à l’aide d’une nouvelle cellule interfaciale développée pendant ce projet. Elle présente l’avantage de réaliser des mesures à des températures élevées pouvant atteindre 200°C. L’effet de la masse molaire et de la température sur les propriétés interfaciales ont été étudiées selon les régimes, permanent et oscillatoire. Ces études ont été transposées ensuite sur des polymères semi- cristallins fondus tels que le PEG poly (éthylène glycol) et le PCL poly(caprolactone). Dans un deuxième temps, nous avons étudié et analysé les propriétés rhéologiques interfaciales en élongation des systèmes modèles, au moyen de la rhéologie interfaciale en dilatation / compression en utilisant la méthode de la goutte pendante oscillante. De plus, la relaxation des surfaces / interfaces a été sondée par la méthode de « pulse », d’une part, et en utilisant un rhéomètre extensionnel à rupture capillaire (CaBER), d’autre part. Les grandeurs rhéologiques interfaciales en élongation/compression des systèmes modèles de différentes masses molaires et sous différentes températures ont été obtenues. Elles ont ensuite été comparées à celles mesurées en cisaillement et analysées selon le rapport de Trouton interfacial. Dans la dernière partie de la thèse, nous avons montré que la rhéologie interfaciale en cisaillement permet de sonder les réactions chimiques aux interfaces d’un système polymère fondu : PEgMA, Poly (Ethylène Greffé Anhydride Maléique) / PDMS-(PropNH2)2, Poly (DiMethyl Siloxane, terminé Amino Propyle). En outre, l’étude de la tension interfaciale dynamique a permis le suivi de la cinétique de la réaction interfaciale des systèmes réactifs de différentes masses molaires et à différentes températures. Enfin les études de rhéologie interfaciale s’avèrent très pertinentes pour sonder in-situ les interfaces et/ou interphases de systèmes polymères liquides. Les méthodologies ainsi établies et utilisées sont très innovantes et font sauter des verrous scientifiques et technologiques majeurs.

The work of this thesis deals with the interfacial rheology in shear and in extension of polymeric systems. Initially, we chose to study model systems based on PIB poly (isobutylene) and PDMS poly (dimethylsiloxane). These polymers have the advantage of being liquid at room temperature. For this purpose, a cell for measuring interfacial properties has been developed in our laboratory. It allows to study the surface and interface properties at high temperatures up to 200 °C. Thus, we were able to study the interfacial properties according to the steady and oscillatory regime of these model systems by highlighting the influence of the molar mass and the temperature. These studies were then transposed to semi-crystalline molten polymers such as PEG poly (ethylene glycol) and PCL poly (caprolactone). In a second step, we studied and analyzed the interfacial elongational rheological properties of the model systems, by means of interfacial dilational rheology via the oscillating pendant drop method. In addition, the relaxation of surfaces / interfaces was studied by the "pulse" method and using the capillary breakup extensional rheometer (CaBER). The interfacial rheological quantities in elongation of model systems of different molar masses and under different temperatures were obtained. They were then compared with those measured in shear and analyzed according to the interfacial Trouton ratio. In the last part of the thesis, we have shown that the interfacial shear rheology allows to probe the chemical reaction at the interfaces of a polymeric melt system : PEgMA Poly (Ethylene Grafted Maleic Anhydride) / PDMS-(PropNH2)2, Poly (Dimethyl Siloxane Amino Propyl terminated). In addition, the study of the dynamic interfacial tension allowed the monitoring of the kinetics of the interfacial reaction of the reactive systems of different molar masses and at different temperatures. Finally, the studies of interfacial rheology are very relevant to probe in-situ the interfaces and/or interphases of molten polymer systems. The methodologies thus established and used are very innovative and overcome major scientific and technological barriers.