Rheological study of a new semi-rigid giant polysaccharide for the mechanical reinforcement of hydrogels

par Tom Saint-Martin

Thèse de doctorat en Physique et Chimie des Matériaux

Sous la direction de Tetsuharu Narita et de Laurence Gorre-Talini.

Soutenue le 19-09-2017

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris) , en partenariat avec Sciences et Ingénierie de la Matière Molle (laboratoire) .

Le président du jury était Tristan Baumberger.

Le jury était composé de Luc Picton, Guylaine Ducouret.

Les rapporteurs étaient Jean Bruno, Christophe Chassenieux.

  • Titre traduit

    Etude rhéologique d'un nouveau polysaccharide semi-rigide géant pour le renforcement mécanique d'hydrogels


  • Résumé

    Nous étudions la relation structure/propriétés d'hydrogels rigides composés d'un nouveau polysaccharide géant, le sacran. Ce nouveau polysaccharide possède une longueur de contour supérieure à 10 µm et une longueur de persistance intrinsèque d'à peu près 60 nm. Ainsi la réticulation de ces chaines polysaccharides est capable de former des réseaux dits rigides, dans lesquels la taille de maille est contrôlée par des segments de chaines rigides. A partir du sacran, des hydrogels physiques (liaisons transitoires) et chimiques (liaisons covalentes) ont été fabriqué dans l'optique d'observer des différences comportementales entre ces réseaux. La formation de réseaux rigides de sacran à être démontrée par l'utilisation de la microrhéologie non-conventionnelle par DWS permettant le suivi de la dynamique d'une chaine polymère individuelle composant le réseau. Différentes signatures rhéologiques propres à ces réseaux rigides ont été mises en évidence et des propriétés de strain-hardening ont été observées dans le régime non-linéaire des gels chimiques de sacran, et plus étonnamment des gels physiques également. Les strain-hardening observés pour les gels chimiques de sacran, grands devant ceux reportés dans la littérature, ont pu être modélisés permettant l'obtention des paramètres structurant ces réseaux et conduisant à leur durcissement.


  • Résumé

    We study the relationship structure/properties of rigid hydrogels composed of a new giant polysaccharide, sacran. This novel polysaccharide has a contour length larger than 10 μm and an intrinsic length of persistence of approximately 60 nm. By crosslinking the chains of this polysaccharide we expect prepare rigid networks, in which the mesh size is controlled by rigid chain segments. Physical (transient bonds) and chemical hydrogels of sacran have been prepared and their rheological properties have been studied. The formation of rigid networks of sacran has been demonstrated by using the non-conventional microrheology by DWS allowing to characterize the dynamics at single chain scale of the network. Different specific rheological signatures of these rigid networks have been highlighted and strain-hardening properties have been observed in the non-linear regime for the chemical gels, as well as for the physical gels. The strain-hardening observed for the chemical gels, which are large compared to those of other biopolymers reported in the literature, were modeled to obtain the structural parameters of these networks which lead to their hardening.


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