Morphology and Thermal Behavior of Single Crystals of Polystyrene-Poly(ethylene oxide) Block Copolymers

par Houssam Hamie

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Dimitri A. Ivanov.

  • Titre traduit

    Morphologies et réorganisation par traitement thermique des monocristaux de copolymères à block de polystyrène-block-Poly(oxyde d'éthylène)


  • Résumé

    Dans le travail actuel, nous avons entrepris une étude structurale des monocristaux de polystyrène-polyoxyde d'éthylène (PS-b-PEO) pour élucider l'influence de la conformation du bloc de PS sur la cristallisation à partir d'une solution diluée. Nous avons également étudié le comportement des monocristaux lors d'une chauffe. Il est à noter que l'intérêt dans ces systèmes a été récemment réapparu en vue d'utilisation des monocristaux de copolymères pour générer des brosses amorphes uniformes. Lors de la cristallisation du PEO le bloc amorphe, c. à d. le PS, est rejeté du cristal et s'accumule donc sur des surfaces basales des lamelles cristallines. Puisque l'épaisseur cristalline qui résulte d'un processus de cristallisation isotherme a une valeur bien définie, la densité de greffage de PS en est aussi. Ainsi en changeant l'épaisseur du cristal nous pouvons générer des brosses de PS ayant des densités de greffage très variées. Dans notre étude, nous avons employé une combinaison des techniques d'analyse qui sont opérationnelles dans l'espace directe et réciproque telles que l'AFM et le SAXS/WAXS. Les expériences AFM ont été réalisées sur des monocristaux isolés tandis que les mesures SAXS/WAXS ont été faites sur des gâteux de monocristaux orientés qui ont été préparés par sédimentation lente à partir d'une solution diluée. L'interprétation des résultants SAXS se base sur le modèle à deux phases où les épaisseurs des régions cristallines (Lc) et amorphes (La) peuvent être déterminées en suivant les approches conventionnelles de la fonction de corrélation ou la fonction de distribution des interfaces.


  • Résumé

    In the present work, we have undertaken a structural study of PS-b-PEO single crystals to elucidate the influence of the state of the PS block on crystallization from dilute solution and on subsequent thermal annealing at elevated temperature. It is noteworthy that the interest in these systems has been recently renewed in the perspective of using them as a model of grafted amorphous brushes with variable grafting density. Indeed, during crystallization of PEO, the amorphous block, i.e. PS, is rejected from the crystal accumulating on its basal surfaces. Since the crystal thickness formed during isothermal crystallization is a sharply selected value, the grafting density of the resulting PS brush is also well defined. Therefore by varying the crystal thickness one can obtain the PS brushes with grafting density varying in a broad range.In our study, a combination of reciprocal and direct-space techniques such as SAXS/WAXS and AFM was employed. While AFM experiments were performed on isolated single crystals, the SAXS investigation was carried out on oriented mats of single crystals slowly sedimented from the "mother" solution. In this case, the one-dimensional two-phase system model was used for the data interpretation where the thickness of the amorphous (La) and crystalline (Lc) layers are conventionally determined following the correlation fonction and interface distribution fonction approaches.


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