Absorption de l'eau par les polymères

par Grégory Marque

Thèse de doctorat en Matériaux polymères et composites

Sous la direction de David Brown et de Jacques Verdu.

Soutenue en 2009

à l'Université Savoie Mont Blanc .


  • Résumé

    Bien que I'eau soit un des principaux facteurs de vieillissement des polymères, les mécanismes d'absorption et I'arrangement de I'eau dans les polymères restent méconnus. L'objectif de ce travail est d'utiliser la dynamique moléculaire afin d'étudier I'eau dans les polymères d'un point de vue moléculaire. Ainsi, quatre modèles moléculaires de polymère (PMDA-ODA, PES, PPSU et PSU) ont été validés à I'état sec, avant d'être simulés à l'état hydraté. Les résultats des simulations indiquent que la majorité des molécules d'eau forment des liaisons hydrogènes avec deux sites hydrophiles au même instant via leurs deux hydrogènes. Les sites hydrophiles impliqués sont certains atomes du polymère et des atomes d'oxygène de molécules d'eau voisines. Il apparait ainsi que I'arrangement de I'eau dans les polymères n'est pas seulement lié à la structure du polymère, mais est aussi fortement dépendant des molécules d'eau présentes dans la matrice polymère. Ces observations moléculaires ont été confrontées aux interprétations couramment faites à partir de mesures infra rouges, d'essais de sorption dynamique de vapeur d'eau, et de mesures de densité. Un autre aspect du travail a été de déterminer la solubilité de I'eau dans les polymères à travers des méthodes théoriques utilisant la dynamique moléculaire. L'emploi d'une technique d'insertion d'une particule couplée à une technique d'exclusion de volume a permis de caractériser I'influence de la présence d'eau sur la solubilité de gaz. Cette méthode a aussi mis en évidence I'importance du modèle moléculaire de I'eau utilisée dans les calculs. Toutefois, il est difficile d'obtenir des valeurs de solubilité de I'eau statistiquement fiables en utilisant de telles méthodes d'insertion de particule.

  • Titre traduit

    Water sorption by polymers


  • Résumé

    Even if water is one of the main factors affecting the ageing of polymers, sorption mechanisms and water organization in polymers are not well understood. This work aims to study water in polymers at a molecular level by using molecular dynamics simulations. Thus, four molecular models of different polymer (PMDA-ODA, PES, PPSU and PSU) have been validated in the dry conditions before being simulated in hydrated states. Simulation results show that a majority of water molecules are hydrogen bonded with two hydrophilic sites at the same time via their hydrogens. Hydrophilic sites implied are certain polymer sites and water oxygens of neighbouring water molecules. It has been found that water organization is not only related to the polymer structure, but is also coupled strongly to water molecules present in the polymer matrix. These molecular observations have been compared with current interpretations of infra red measurements, dynamic vapour sorption experiments and density measurements. Another aspect of this work has been to determine solubility in polymers with theoretical methods using molecular simulations. An excluded volume mapping test-particle insertion technique has been used to characterize the influence of absorbed water on gas solubilities. This technique has also revealed the importance of the details of the molecular model of water used in calculations. Nevertheless, statistically reliable solubilities of water remain difficult to attain with such test-particle insertion methods.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (311 p. )
  • Annexes : Bibliographie p. 287-309. Notes bibliogr.

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