Synthèse de particules composites anisotropes polymère / inorganique par polymérisation RAFT en émulsion

par Ana Maria Cenacchi Pereira

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Élodie Bourgeat-Lami.

Soutenue le 05-06-2014

à Lyon 1 , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Laboratoire de Chimie, Catalyse, Polymères et Procédés (laboratoire) .

Le président du jury était Philippe Cassagnau.

Le jury était composé de Muriel Lansalot, Vanessa Prevot, Antoine Thill, Franck D'Agosto.

Les rapporteurs étaient Jean-Paul Chapel, Philipp Vana.


  • Résumé

    Ces travaux décrivent l'élaboration de latex hybrides de polymère / nanotubes d'Imogolite et polymère / nanofeuillets d'hydroxydes doubles lamellaires (HDL) en milieu aqueux dispersé. Les deux charges inorganiques ont été choisies pour leurs propriétés thermiques, mécaniques et pour leur anisotropie de forme, ce qui pourrait permettre l'élaboration de films nanostructurés. Les latex ont été synthétisés par une stratégie originale basée sur le procédé de polymérisation RAFT en émulsion. Cette stratégie consiste à utiliser des copolymères hydrophiles (macroRAFT), comportant à la fois des unités d'acide acrylique et un groupe trithiocarbonate terminal, comme agents de couplage et stabilisants. Dans un premier temps, ces macroRAFTs ont été adsorbés à la surface des nanoparticules inorganiques, puis l'extension de ces chaînes a été réalisée par la polymérisation d'un monomère hydrophobe selon un procédé semi-batch. Des nanotubes d'Imogolite décorés de particules de latex ou des nanotubes d'Imogolite encapsulés ont été obtenus, selon les conditions de synthèse adoptées. L'effet de différents paramètres sur la morphologie finale des particules hybrides a été étudié. La nature de l'agent macroRAFT s'est avérée être un paramètre clé pour le succès de l'encapsulation. La même stratégie a été utilisée en vue de l'encapsulation des HDL. Quelles que soient les conditions investiguées, des latex stables contenant des particules d'HDL encapsulées par du polymère ont été formés. Dans tous les cas, la morphologie des latex nanocomposites a été caractérisée par MET et cryo-MET et reliée à la méthode de modification de la surface et aux conditions de polymérisation. Enfin, les propriétés mécaniques ainsi que la microstructure des films hybrides de polymère / nanotubes d'Imogolite ont été étudiées par DMA et MET, respectivement, et reliées à la morphologie des particules de latex

  • Titre traduit

    Synthesis of anisotropic polymer / inorganic composite particles via RAFT-mediated emulsion polymerization


  • Résumé

    This work describes the elaboration of hybrid latexes of polymer / Imogolite nanotubes and polymer / layered double hydroxyde (LDH) nanosheets in aqueous dispersed media. The two inorganic materials were chosen as fillers for their thermal and mechanical properties and especially for their shape anisotropy, which could lead to the formation of nanostructured films. The latexes were synthesized through an original polymerization strategy based on the RAFT process in emulsion. The strategy consists in the use of hydrophilic random copolymers, containing acrylic acid units and a thiocarbonylthio end group, as both coupling agents and stabilizers. These copolymers, herein named macroRAFT agents, were tethered to the surface of the inorganic nanoparticles and chain extended by the polymerization of a hydrophobic monomer in a semi-batch process. Polymer-decorated Imogolite nanotubes or encapsulated nanotube bundles were obtained according to the process conditions. The effect of different parameters on the final morphology and latex stability was studied, and the macroRAFT nature was proven to be the key factor to achieve encapsulation. The same strategy was then applied to LDH materials. The different conditions tested all led to the encapsulation of the nanosheets. In both cases, the morphology of the nanocomposite latexes was characterized by TEM and cryo-TEM and correlated with the surface modification and the experimental conditions. The mechanical properties and the microstructure of hybrid films of polymer / Imogolite were studied by DMA and TEM, respectively, and correlated with the latex particles morphology


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