Synthèse et caractérisation de poly(diméthylsiloxane)s auto-cicatrisants en environnement spatial radiatif

Synthesis and characterization of self-healing poly(dimethylsiloxane)s in radiative space environment

• Auteur / Autrice : Dijwar Yilmaz
• Direction : Stéphane Carlotti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Polymères
• Date : Soutenance le 04/10/2023
• 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 : Guillaume Fleury
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Caillol, Simon Lewandowski, Sophie Rachel Perraud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Bouteiller, Renaud Nicolaÿ

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protons

Matériaux -- Effets de l'environnement spatial

Détérioration

Diméticone

Mots clés libres

Poly(diméthylsiloxane)

Auto-cicatrisation

Double réseau

Vieillissement

Environnement spatial

Protons

Poly(dimethylsiloxane)

Self-healing

Dual network

Ageing

Space environment

Protons

Résumé

Le poly(diméthylsiloxane) (PDMS) est largement utilisé pour des applications spatiales grâce, entre autres, à sa transparence et sa résistance thermique ou aux UV. L’exposition prolongée de ces matériaux à l’environnement géostationnaire entraîne leur jaunissement et leur fissuration, induisant une dégradation des satellites. Afin d’augmenter leur durée de vie, des poly(diméthylsiloxane)s auto-cicatrisants ont été conçus puis irradiés aux protons, simulant un environnement spatial. Une première approche a reposé sur l’élaboration d’un double réseau permanent et thermo-réversible, par hydrosilylation et réactions de (retro-)Diels-Alder conduisant à des matériaux colorés, maintenant une intégrité structurelle à température élevée (>140 °C), et plus stables aux irradiations protons. Une deuxième approche a consisté à synthétiser des PDMS portant des fonctions urée et diimine de compositions variables pour former un réseau supramoléculaire réversible à température ambiante. Ces matériaux affichent une transparence et une auto-cicatrisation rapide à 20 °C (80% en 1 h), ainsi qu’une non-fissuration après une irradiation aux protons. Cependant, ces matériaux possèdent des modules élastiques relativement faibles et fluent à des températures supérieures à 80 °C. Pour améliorer ce système, une dernière approche s’est appuyée sur l’incorporation d’un réseau covalent dynamique par ajout de points de réticulation chimique au réseau supramoléculaire, permettant l‘obtention de PDMS transparents et auto-cicatrisants à température ambiante, possédant un module élastique plus élevé ainsi qu’une bonne tenue mécanique à température élevée.

Poly(dimethylsiloxane) (PDMS) are widely used in space applications thanks to their transparency, thermal and UV resistance, inter alia. The prolonged exposure of these materials to geostationary environment leads them to yellowing and cracking, degrading satellites. In order to enhance their lifespan, self-healing poly(dimethylsiloxane)s were designed and irradiated with proton irradiation, simulating space environment. The first approach is based on a dual network, permanent and thermoreversible, through hydrosilylation and (retro-)Diels-Alder reactions leading to materials that are colored, creep-resistant and resistant to proton irradiations. Another approach was to synthesize a poly(dimethylsiloxane) bearing urea and diimine moieties to form a supramolecular network that is reversible at room temperature. The obtained materials exhibit transparency, as well as fast self-healing properties at 20 °C (80% in 1 h). However, these materials exhibit low elastic moduli and creep at temperatures higher than 80 °C. To circumvent these drawbacks, a third approach was to incorporate a dynamic covalent network by adding dynamic chemical crosslinking points to the supramolecular network, and allowing the obtention of transparent self-healing PDMS at room temperature, exhibiting higher elastic modulus and creep-resistance at high temperatures.