Synthesis and mechanical properties of elastomers made by sequential-IPNs

par Thitima Limpanichpakdee

Thèse de doctorat en Chimie et Physico-chimie des Polymères

Sous la direction de Costantino Creton et de Jutta Rieger.

Soutenue le 14-11-2017

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 Laurent Bouteiller.

Le jury était composé de Laurent Chazeau.

Les rapporteurs étaient François Ganachaud, Guillaume Miquelard.

  • Titre traduit

    Synthèses et propriétés mécaniques d'élastomères produites par séquence-IPNS


  • Résumé

    Récemment, une nouvelle technique pour renforcer les élastomères acryliques non chargés a été développée. L'élastomère a été préparé par séquences de gonflement par du monomère acrylique et polymérisation radicalaire en faisant des réseaux interpénétrés. Le prétirement des chaines du premier réseau créent des liaisons sacrificielles qui améliorent de manière significative les propriétés mécaniques de l’élastomère sans modifier sa Tg. Il est donc intéressant d’étendre cette méthode à d’autres familles d’élastomères. Ainsi, dans cette étude, la stratégie des réseaux interpénétrés a été appliquée à deux matériaux intéressants. Premièrement, un élastomère silicone a été synthétisé en utilisant une polymérisation par polycondensation par réaction d'hydrosilylation qui est significativement différente de la polymérisation utilisée pour les réseaux acryliques. Les réseaux multiples ont été ensuite synthétisés en gonflant ce réseau avec des précurseurs de petite masse et un faible pourcentage de réticulant D4H. Ces réseaux multiples en silicone ont les propriétés d’un élastomère classique, avec une énergie de rupture améliorée d’environ 100%. Deuxièmement, des particules coeur-ecorce formés de copolymères dibloc amphiphiles de poly(acide acrylique)-b-poly(acrylate de n-butyle) ou PAA-b-PBA ont été synthétisés par auto-assemblage simultané par polymérisation RAFT et préparés sous la forme de films. Ensuite, les films ont été utilisés comme des charges polymères en poly (acrylate de butyle) en utilisant une technique de réseau interpénétrés multiples. Nous avons réussi pour la première fois à renforcer l'élastomère par des particules de latex. Grâce à cette stratégie d'interpénétration qui distribue des particules de latex de manière très homogène dans l’élastomère, les films interpénétrés montrent de bonnes caractéristiques mécaniques, une résistance à la fracture et une ténacité extrêmement élevées en utilisant moins de 1% de PAA vitreux et pas de réticulant ajouté dans la particule renforçante.


  • Résumé

    Recently, a new technique to reinforce unfilled acrylic elastomers has been established. The elastomer was prepared by sequential free radical polymerization and swelling of acrylic monomers making interpenetrated networks. By introducing sacrificial bonds, the elastomer had significantly enhanced mechanical properties without changing the Tg of the material. We extended this method to two different elastomeric system to probe its generality. First, a silicone elastomer was synthesized by using polycondensation polymerization via a hydrosilylation reaction which is significantly different from the free radical polymerization used for acrylic networks. The multiple networks were synthesized by sequential swelling and polymerization steps with low molecular weight preducrosrs and a small amount of D4H crosslinker. The resulting silicone multiple networks were fully elastic elastomer with a mechanical toughness improved by about 100%. Second, core-shell latexes made of amphiphilic diblock copolymers Poly(acrylic acid)-block-poly(butyl acrylate) or PAA-b-PBA were synthesized by RAFT polymerization induced self-assembly and prepared into thin films. Different types of core-shell latexes and crosslinked latexes were synthesized and characterized both in the aqueous state and in the dry film state. The films were then used as a polymeric filler to a poly(butyl acrylate) by using the interpenetrated network technique. We succeeded for the first time to reinforce elastomers by latex particles. Thanks to interpenetrated networks strategy which distributed homogenously latex particles though the entire material, the interpenetrated films show extremely enhanced mechanical characteristics, fracture energy and toughness by using less than 1 % of glassy PAA content and no crosslinker in the reinforcing particles.


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