Thèse soutenue

Mouvements moléculaires de copolymères statistiques aux interfaces de nanoparticules de silice
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Auteur / Autrice : Florence Lim
Direction : Cédric Lorthioir
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
Date : Soutenance le 18/10/2023
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
Jury : Président / Présidente : Hendrik Meyer
Examinateurs / Examinatrices : Simone Napolitano
Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Royaud, Jens Dittmer

Résumé

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Les composites à base de polymères avec des particules de silice constituent une classe importante de matériaux. Dans ces systèmes, une amélioration de certaines des propriétés mécaniques telles que le module d'élasticité par rapport à la matrice polymère pure peut se produire. La dynamique des chaînes polymères aux interfaces avec les particules inorganiques est l'un des mécanismes responsables de ce renfort comme le montrent des travaux récents sur les nanocomposites à base d'homopolymères [1]. Bien que les copolymères statistiques soient de bons candidats comme agents compatibilisants, il n'existe qu'un petit nombre d'études théoriques et de simulations numériques sur les nanocomposites dont la matrice correspond à un copolymère statistique et portant sur l'influence de deux types d'unités, hydrophiles et hydrophobes, sur le comportement mécanique de ces matériaux [2]. D'un point de vue expérimental, cette question reste à résoudre. L'objectif de ce travail est de décrire les propriétés locales des chaînes polymères aux interfaces organique-inorganique de nanocomposites à base de nanoparticules de silice et de poly(éthylène glycol-ran-propylène glycol), noté P(EG-ran-PG), qui est composé d'unités hydrophiles (EG) et d'unités plus hydrophobes (PG). Cette description inclut l'étude de la microstructure du nanocomposite, de la concentration locale des unités PG et EG en fonction de la distance avec la surface des nanoparticules ainsi que le comportement dynamique des segments de chaîne aux interfaces. Ces études seront notamment réalisées par des expériences de relaxation en RMN du solide. L'objectif à long terme de ce projet est de trouver des liens entre ces informations, obtenues à l'échelle de longueur locale, et le comportement mécanique de ces nanocomposites. Les expériences SAXS indiquent une microstructure polymère/silice similaire pour les nanocomposites à base de PEG et de P(EG-ran-PG). Les expériences de RMN à l'état solide 1H et 13C mettent en évidence l'apparition d'une couche « vitreuse » [3] aux interfaces comprenant des segments de chaîne de copolymère immobilisés. De plus, la présence d'unités hydrophobes PG semble ralentir les mouvements de réorientation des unités EG ce qui traduit une augmentation des interactions entre les nanoparticules de silice et les segments de chaîne de copolymère. References : [1] Oh, S. M.; Abbasi, M.; Shin, T. J.; Saalwächter, K.; Kim, S. Y. Phys. Rev. Lett. 2019, 123, 167801 [2] Trazkovich, A. J.; Wendt, M. F.; Hall, L. M. Macromol. 2019, 52, 513-527 [3] Golitsyn, Y.; Schneider, G. J.; Saalwächter, K. J. Chem. Phys. 2017, 146, 203303.