Synthèses, caractérisations et propriétés électrostimulables d'hydrogels composites polyacrylamide-nanoparticules de polystyrène/polyaniline

• Auteur / Autrice : Caroline Thèvenot
• Direction : Bruno Grassl
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Physique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Pau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogel

Polyacrylamide

Nanoparticules

Composites polymères

Résumé

De nouveaux matériaux adaptatifs, des hydrogels composites (HC) électrostimulables ont été élaborés. Ils sont composés d'un réseau de poly(acrylamide) réticulé par du N-N'méthylènebisacrylamide (BisAM) emprisonnant deux types de nanoparticules : (i) de polystyrène (PS) réticulé, (ii) cœur-écorce (CS) constituées d'un cœur de PS et d'une couronne de polymère intrinsèquement conducteur (polyaniline). Ces nanoparticules ont été synthétisées par polymérisation radicalaire en dispersion puis caractérisées. Elles sont de composition et de taille bien définies (400 à 450 nm). La synthèse des HC a été optimisée pour s'affranchir des incompatibilités chimiques entre réseau et nanoparticules. La dispersion de celles-ci dans le réseau a été étudiée par microscopie électronique. Un suivi cinétique en RMN a permis de conclure à la formation d'inhomogénéités du réseau dues à la différence de réactivité entre les monomères (rAM = 0,52, rBISAM = 5,2) et à une conversion quasi-totale. Les HC élaborés ont été caractérisés par rhéologie : ils ont montré une augmentation très importante du G' en fonction de la quantité de nanoparticules incorporées. Par ailleurs, une instrumentation simple, originale, basée sur la reconnaissance de forme a été développée pour permettre le suivi cinétique du gonflement des HC. L'étude menée a démontré que les nanoparticules se comportent en spectatrices sans modifier le processus de gonflement. Deux applications des HC ont été démontrées : les propriétés électrostimulables des HC à base de CS à travers le relargage d'espèces ioniques quand un champ électrique est appliqué (1V) ainsi qu'un effet mécano-électrique pour les HC à base de PS.

New électroactives materials, “composite hydrogels” (HC) have been developed. They are composed of a poly(acrylamide) network crosslinked by N-N'methylenebisacrylamide (BisAM) and may contain two kinds of nanoparticles : (i) of crosslinked polystyrene (PS) or (ii) “core-shell” (CS) made of a core of PS with a conducting polymer shell (polyaniline). These aforementioned nanoparticles were synthesized by water dispersion and well characterized. The chemical compositions as well as particle sizes were controlled. The synthesis of HC was optimized by taking into account of the network and the nanoparticles chemical and experimental condition requirements. The particles dispersion into the hydrogel network was also characterized with electronic microscopy. A kinetic study done by NMR showed the formation of inhomogeneities in the network structure due to the values of the reactivity ratios of the monomers (rAM=0,52, rBISAM=5,2) and a quasi-total conversion. The HC were characterized by rheology: it showed a significant increase of G' with the nanoparticles content. Otherwise, a new simple and original system based on pattern recognition was developed to monitor the swelling kinetics of the HC. Swelling equilibrium and diffusion phenomena showed that nanoparticles are not involved in the process of swelling. Two applications were developed: the electroactives properties of HC containing CS particles i. E. Release of ionic species when an electric field is applied (1V) and a mechano-electric effect for the HC containing PS latexes.