Préparation de nanocomposites fonctionnels microfibreux par électro-filage et fluoration

par Jinlong Zha

Thèse de doctorat en Chimie, Sciences des Matériaux

Sous la direction de Marc Dubois.

Soutenue le 13-07-2016

à Clermont-Ferrand 2 , dans le cadre de École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme) (laboratoire) et de Institut de Chimie de Clermont-Ferrand - Clermont Auvergne / ICCF (laboratoire) .

Le président du jury était Wei Zhang.

Le jury était composé de Marc Dubois, Daniel Claves, Nicolas Batisse.

Les rapporteurs étaient Alain Pénicaud, Bruno Ameduri.


  • Résumé

    Il a été montré que l’addition de fluor en petite quantité sur la surface de nanotubes de carbone mono et multiparois engendre des radicaux à long temps de vie, caractérisés ici par RPE. Ce phénomène a pu être mis à profit pour initier la polymérisation du styrène, de l’acide acrylique ou encore de l’aniline. Les chaînes polymères formées apparaissent alors greffées à la surface des tubes. Il a été observé qu’un tel greffage facilite grandement la mise en suspension des nanotubes dans des solvants organiques. Ce travail s’est également attaché à exalter la complémentarité entre nouveaux matériaux fluorés et techniques avancées de mise en œuvre. Pour la première fois, l’incorporation de nanocarbones fluorés de différentes dimensionnalités (noirs de carbone, nanotubes, nanofibres, nanodisques) dans une matrice polymère électrofilée de polyvinylpyrrolidone a été réalisée. Les tissus nanocomposites microfibreux ainsi obtenus ont ensuite fait l’objet de traitements de re-fluoration en conditions douces, afin d’augmenter leur taux de fluor final et d’en modifier la texture. Les caractérisations par microscopie à balayage, RMN du solide et XPS ont permis d’établir que l’enrichissement en fluor de la matrice polymère et la structure multi échelle spectaculaire résultant du traitement de post-fluoration réalisé permettent d’induire la propriété de superhydrophobicité, mise en évidence par la mesure d’angles de contact avec l’eau supérieurs à 150°.

  • Titre traduit

    Preparation of functionnal microfibrous nanocomposites by electrospinning and fluorination


  • Résumé

    It has been shown that the addition of a small amount of fluorine to the surface of single and multi-walled carbon nanotubes generates long life-time radicals, here studied by EPR. The latter phenomenon can be usefully harnessed to initiate the polymerization of styrene, acrylic acid or still aniline. The polymeric chains thus formed appear to be grafted to the tubes surface. It has been observed that such a grafting process highly increases the dispersibility of tubes in some organic solvents. This work also focused on illustrating how advanced processing techniques may complement the assets of novel fluorinated materials. Hence, the inclusion of fluorinated nanocarbons with varied dimensionalities (carbon black, nanotubes, nanofibers, nanodisks) into an electrospun polyvinylpyrrolidone polymer matrix has been achieved for the first time. The nanocomposite-based microfibrous membranes thus obtained have been reacted with gaseous fluorine in mild conditions, in order to increase their final fluorine content and modify their texture. Characterizations performed using scanning electron microscopy, solid state NMR and XPS have shown that both the fluorination of the polymer matrix and quite spectacular multiscale structure resulting from etching by fluorine induce superhydrophobicity, evidenced through contact angles of the membranes with water exceeding 150°.


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