Synthèse et étude de l'auto-organisation de terpolymères ABC linéaires en vue de réaliser des membranes asymétriques innovantes

Synthesis and study of the self-assembly of linear ABC terpolymers in order to create innovative asymmetric membranes

• Auteur / Autrice : Hana Bouzit
• Direction : Damien Quémener
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et physico-chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 08/04/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Corine Gerardin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Damien Quémener, Corine Gerardin, Guillaume Fleury, Virginie Ponsinet, Karim Aissou, Daniel Grande, Éliane Espuche, Mona Semsarilar
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Guillaume Fleury, Virginie Ponsinet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés amphiphiles

Copolymères

Polymérisation

Mots clés libres

PS-B-P2VP-B-PNIPAM

Polymérisation RAFT

Thermo-Sensible

PH-Sensible

Film épais

PS-B-P2VP-B-PNIPAM

RAFT polymerization

Thermo-Responsive

PH-Sensitive

Thick film

Résumé

Les membranes résistantes à l'encrassement dotées d'isopores intelligents à haute densité surfacique sont fortement désirées pour générer des membranes d'ultrafiltration de nouvelle génération. En effet, les membranes dotées de nano-canaux intelligents, capables d'ajuster leurs tailles en réponse à un stimulus externe tel que la température et/ou le pH sont des matériaux intéressants pour prévenir efficacement le problème courant de l'encrassement, considéré comme l'un des plus grands défis des technologies membranaires.Dans ce contexte, l'objectif de ce travail de thèse est basé sur la synthèse de terpolymères ABC linéaires amphiphiles bien définis composés de polystyrène-bloc-poly(2-vinylpyridine)-bloc-poly(N-isopropylacrylamide) (PS-b-P2VP-b-PNIPAM) sensibles au pH et à la température via une polymérisation par transfert de chaîne par addition-fragmentation réversible (RAFT).Une méthodologie originale combinant le procédé traditionnel de séparation de phase induite par l'intrusion de non-solvant (NIPS) avec un traitement de recuit sous vapeur de solvant (SVA) a été utilisée pour produire une structure lamellaire perforée au sein des films épais de terpolymères ABC linéaires doublement stimulables. Une stratégie de mélange de copolymères à blocs a également été utilisée pour améliorer l'hydrophilicité et la thermosensibilité de la membrane. Cette nanostructure poreuse dotée d'un excellent ordre à longue portée est très recherchée pour fabriquer des membranes intelligentes capables de faire passer leurs pores de l'état hydrophile à l'état hydrophobe (et vice versa), ce qui permet un détachement beaucoup plus efficace des polluants pendant le processus de nettoyage.Mots clés: PS-b-P2VP-b-PNIPAM, polymérisation RAFT, thermo-sensible, pH-sensible, film épais.

Fouling-resistant membranes endowed with intelligent isopores in high-areal density are highly-desired to move towards next-generation ultrafiltration (UF) membranes. Indeed, membranes tailored with smart nanochannels, able to adjust their size in response to an external stimulus such as temperature and pH, are appealing materials to efficiently prevent the common problem of fouling, considered as one of the biggest challenges in membrane technology.In this context, the aim of this thesis work was based on the synthesis and self-assembly of a series of well-defined pH- and temperature-double stimuli responsive amphiphilic triblock terpolymers in membrane configuration. For that purpose, a polystyrene-block-poly(2-vinylpyridine)-block-poly(N-isopropylacrylamide) (PS-b-P2VP-b-PNIPAM) was first prepared by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. An original methodology combining the traditional nonsolvent-induced phase separation (NIPS) process with a solvent vapor annealing (SVA) treatment was then used to produce a perforated lamellar structure within double stimuli-responsive PS-b-P2VP-b-PNIPAM membranes. To improve the membrane wettability as well as its thermo-responsiveness, a block copolymer blend strategy was also used.A double stimuli-responsive porous nanostructure having an excellent long-range order formed within the terpolymer membranes is highly desired to manufacture high selectivity smart separation-based materials able to transit their pore state from hydrophilic to hydrophobic (and vice versa), thereby leading to much more efficient detachment of foulants during the cleaning process.Keywords : PS-b-P2VP-b-PNIPAM, RAFT polymerization, thermo-sensitive, pH-sensitive, thick film.