Membranes polymeres asymetriques : instabilite diffusionnelle et initiation des macrovides

par PIERRE PANINE

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de JEAN PIERRE COHEN ADDAD.

Soutenue en 1998

à Grenoble 1 .

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  • Résumé

    La motivation de cette etude est d'expliquer l'apparition des macrovides aux tous premiers instants de la formation de la membrane. Il s'agit des lors de relier quantitativement les differents parametres d'elaboration des membranes a l'apparition des doigts de gant et a leur repartition sous la surface. La regularite de l'espacement des macropores sous la surface suggere, au moment de leur initiation, la presence d'un phenomene d'instabilite. Une analogie avec l'instabilite gravitationnelle de rayleigh-taylor a permis recemment l'avenement d'un modele quantitatif (cohen-addad, 1996). L'objet de cette recherche est de valider experimentalement ce modele. De nombreuses techniques ont ete mises en oeuvre pour caracteriser le milieu polymere, avant et apres la formation de la membrane. La rmn a ete utilisee pour determiner l'etat thermodynamique de la solution polymere par un acces quantitatif a la dynamique des milieux, mais aussi pour etudier l'evolution du coefficient de diffusion des molecules de solvant dans la solution polymere et dans le bain de coagulation. En outre, la calorimetrie a permis de quantifier la chaleur de formation de melanges polymere / solvant ou encore de melanges solvant / non-solvant et d'evaluer le gradient de potentiel chimique < du solvant existant entre la solution polymere et le bain de coagulation. La video-microscopie a donne acces aux parametres statistiques de la structure de la membrane, comme la distance moyenne entre macropores. La dsc, la rheologie et la tensiometrie ont egalement ete employees, fournissant des donnees essentielles a la comprehension des systemes etudies. Le modele predictif propose par cohen-addad (cohen-addad, 1997) est utilise pour representer l'evolution de l'espacement moyen des macrovides en fonction de la composition de la solution et du bain de coagulation utilises pour l'elaboration de la membrane. Ce modele, elabore a partir d'une analogie avec le modele d'instabilite gravitationnelle de rayleigh-taylor, est base sur une analyse du comportement diffusionnel du solvant vers le non-solvant. On obtient une superposition des points experimentaux avec une variation lineaire de #* en fonction de ds#-#1, dependant du systeme polymere / solvant / non-solvant etudie. Ce comportement lineaire a ete verifie sur six systemes appartenant a deux familles de polymeres, le polyacrylonitrile et le polyetherimide. Le modele d'instabilite diffusionnelle, dont la force motrice est <, autorise l'utilisation de parametres d'acces simples : l'evaluation du gradient de potentiel chimique < du solvant entre la solution et le bain par des mesures de calorimetrie a dilution a montre que l'approche purement entropique du modele est une approximation raisonnable.


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Informations

  • Détails : 252 P.
  • Annexes : 71 REF.

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