Hybrid organic coatings synthesized from sol-gel chemistry of organosilanes and polyamidines

par Cécile Coustal

Thèse de doctorat en Matériaux polymères et composites

Sous la direction de Jean-François Gérard et de Jocelyne Galy.

Soutenue en 2008

à Lyon, INSA en cotutelle avec l'Università degli Studi di Perugia .

  • Titre traduit

    = Revêtements hybrides organique-inorganique synthetisés à partir de la chimie sol-gel d’organosilanes et de polyamidines


  • Résumé

    Polyamidines, which are not known as conventional polymers, have ability to interact with proton donors and form ionic complexes, and in particular aliphatic polyamidines. This chemical property offers numerous applications possibility. However, due to their low mechanical behaviour, aliphatic polyamidines was not designed as materials yet. The aim of this work is the elaboration of polyamidines based-organic/inorganic hybrid materials via sol-gel chemistry. In such materials, the organic phase is combined with an inorganic phase resulting from hydrolysis and condensation reactions of silicon-based precursors. According to the classification of the hybrid O/I materials, two types of hybrid materials can be synthesized, i. E. Class I- and Class II-hybrid O/I materials differing from the nature of interactions between the organic and inorganic phases. Class-I ones are obtained by the hydrolysis and condensation of a metal alkoxide such as tetraethoxysilane, TEOS, in the presence of a polyamidine solution. First results led to focus our study on Class-II hybrid materials as the cohesion of Class-I materials was too low due to the low molar masses of the polyamidine oligomers. For Class II O/I hybrid materials, the polyamidine oligomers were previously functionalized by glycidyloxypropyltriethoxysilane, g-GPS, to grafted silicon alkoxide chain ends (and dangling ones from) which can be hydrolyzed and condensed in a second step. The functionalisation was performed on amino terminal groups of polyamidines with a primary amino to epoxy molar ratio of 1:1 and 1:2. Then, the functionalisation of polyamidine was investigated by the means of model compounds. Free standing films were processed from ethanol solutions with silica content around 6 wt%. The thermo-mechanical dynamic mechanical behaviour was studied in relation with the morphology of the dispersed inorganic phase analyzed by TEM (Transmission Electron Microscopy). Influence of parameters such as functionalisation ratio and synthesis condtions, on final morphologies, was studied


  • Résumé

    Les polyamidines, et en particulier les polyamidines aliphatiques, ont la capacité d’interagir avec des donneurs de protons et de former des complexes ioniques. Cette remarquable propriété chimique peut être exploitée pour utiliser ces polymères dans de nombreuses applications. Toutefois, en raison de leur faible propriété mécanique, les polyamidines aliphatiques n’ont pas encore été utilisées en tant que matériau. L’objectif de ce travail est de concevoir des matériaux hybrides organique/inorganique à partir de polyamidines et de la chimie sol-gel. Dans de tels matériaux, la phase organique est combinée avec une phase inorganique résultant des réactions d’hydrolyse et de condensation de précurseurs à base de silicium. Selon la classification des matériaux hybrides O/I, deux types de matériaux hybrides peuvent être synthétisés : les matériaux hybrides de classe I et de classe II, différant par la nature des interactions entre les phases organique et inorganique. Dans notre étude, des matériaux de classe I sont obtenus par hydrolyse et condensation d’un alkoxide de métal tel que le tetraethoxysilane, TEOS, en présence d’une solution de polyamidine. Les premiers résultats nous ont conduit à concentrer notre étude sur les matériaux hybrides de classe II puisque la cohésion des matériaux de classe I était trop faible. Ceci s’explique par les faibles masses molaires des oligomères de polyamidine. Dans le cas des matériaux hybrides de classe II, les oligomères de polyamidine ont été précédemment fonctionnalisés par du glycidyloxypropyltriethoxysilane, g-GPS, dans le but de greffer des groupements alkoxides, sur les fins de chaînes , qui seront hydrolysés et condensés dans une seconde étape. La fonctionnalisation a été réalisée sur les groupements amine terminaux des polyamidines avec un ratio molaire amine primaire-époxy de 1:1 et 1:2. Ensuite, la fonctionnalisation de la polyamidine a été étudiée par le biais de composés modèles. Des films libres ont été élaborés à partir de solution d’éthanol avec des teneurs en silicium content autour de 6% en poids. Le comportement thermo-mécanique a été étudié en relation avec la morphologie de la phase inorganique dispersée analysée par MET (Microscopie électronique à transmission). L’influence des paramètres tel que le ratio de fonctionnalisation et les conditions de synthèse sur les morphologies finales ont été étudiés

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Informations

  • Détails : 1 vol. (135 p.)
  • Annexes : Références bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3407)
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