Phosphonium ionic liquids : Versatile nanostructuration and interfacial agents for poly(vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene)

par Jing Yang

Thèse de doctorat en Matériaux

Sous la direction de Jannick Duchet-Rumeau et de Sébastien Pruvost.

Soutenue le 20-07-2016

à Lyon , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec Institut national des sciences appliquées de Lyon (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) , IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères UMR 5223 (Rhône-Alpes) (laboratoire) et de Ingénierie des Matériaux Polymères - Site INSA Lyon / IMP (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-François Gérard.

Le jury était composé de Jannick Duchet-Rumeau, Sébastien Pruvost, Jean-François Gérard, Valérie Miri, Philippe Poulin, Stéphane Bizet.

Les rapporteurs étaient Valérie Miri, Philippe Poulin.

mots clés

• Film composite
• Matrice polymère
• Poly(fluorure de vinylidène-Chlorotrifluoroéthylène)
• Nanocharge
• Graphène
• Liquide ionique phosphonium
• Nanostructuration
• Fonctionnalisation
• Agent d’interface
• Pellicules plastiques
• Composites polymères
• Fluorure de polyvinylidène
• Éthylène
• Graphène
• Matériaux nanostructurés
• Liquides ioniques
• Phosphore -- Composés
• Interfaces (sciences physiques)

Titre traduit

Liquides ioniques au phosphonium : Nanostructuration polyvalente et agents interfaciaux pour le poly (fluorure de vinylidène-chlorotrifluoroéthylène)

Résumé

Ce travail de thèse porte sur la compréhension du rôle polyvalent des liquides ioniques (LIs) phosphonium comme agents de nanostructuration et interfaciaux pour la matrice polymère fluorée poly(fluorure de vinylidène-chlorotrifluoroéthylène) (P(VDF-CTFE)). Dans un premier temps, deux LIs phosphonium avec des fonctionnalités différentes générant un encombrement stérique et des fonctions dipolaire additionnelles sont tout d'abord incorporés dans la matrice P(VDF-CTFE) pour préparer des films de polymère additives. La structure de la phase cristalline, la morphologie issue de la dispersion et le comportement de cristallisation sont finement caractérisés dans le but de fournir une compréhension fuie et complète du rôle joué par le LI sur la nanostructuration. Dans un second temps, le rôle d’agent interfacial du LI est étudié avec un LI phosphonium fluoré comprenant un cation combinant trois phényles et une chaîne fluorée courte.Ce LI est utilise pour modifier la surface de l'oxyde de graphène (GO) et de l'oxyde de graphène réduit (rGO) afin de rendre ces nanocharges fonctionnelles et les incorporer dans la matrice P(VDF-CTFE). Ainsi, des films composites de P(VDF-CTFE)/graphène avec différentes teneurs en nanocharges sont préparés et une caractérisation fuie de la structure et des propriétés est entreprise afin de mieux comprendre les mécanisme d’interaction interfaciale et leurs influences sur les films composites, tels que la structure de la phase cristalline, le comportement de cristallisation, la relaxation des chaînes, la morphologie et les propriétés diélectriques finales.

mots clés

• Composite film
• Polymer matrix
• Poly(vinylidene fluoride-Chlorotrifluoroethylene)
• Nanofiller
• Graphene
• Phosphonium ionic liquid
• Nanostructuration
• Functionalization
• Interfacial agent

Résumé

This thesis work deals with an understanding of the versatile roles of phosphonium ionic liquids (ILs) as nanostructuration and interfacial agents for the fluorinated polymer matrix, i.e.,poly(vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene) (P(VDF-CTFE)). In this context, two phosphonium ILs with different functionalities in steric hindrance and extra dipolar groups are firstly incorporated in P(VDF-CTFE) matrix to prepare polymer films. The crystalline phase structure, dispersion morphology and crystallization behavior are finely characterized with the goal of providing a full and deep understanding of the versatile and tunable nanostructuration effect of phosphonium ILs. Subsequently, in order to elucidate the mechanism of interfacial influence of IL, a fluorinated phosphonium IL with a cation structure combining three phenyls and a short fluorinated chain is added on the surface of graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO), making them as functional nanofillers to be incorporated into P(VDF-CTFE) matrix. Thus,P(VDF-CTFE)/graphene composite films with different filler contents are prepared in order to investigate the mechanism of interfacial interaction and its influence on the composite films, such as crystalline phase structure, crystallization behavior, chain segmental relaxation behavior, dispersion morphology and the final dielectric properties.