Photopolymérisation radicalaire contrôlée pour la micro-nanostructuration de polymères fonctionnels

Controlled radical photopolymerization for micro-nanostructured functional polymers

• Auteur / Autrice : Siham Telitel
• Direction : Olivier Soppera
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 07/10/2015
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale pluridisciplinaire Jean-Henri Lambert, ED 494 (Mulhouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse - Institut de Science des Matériaux de Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers

Polymérisation

Photopolymères

Mots clés libres

Photopolymérisation

Radicalaire contrôlée

Micro-nanostructuration

Ecriture directe au laser

Polymère fonctionnel

Photopolymerization

Controlled radical

Micro-nanostructuring

Laser direct writing

Functional polymer

Résumé

La fabrication de surfaces polymères complexes avec des chimies et des topographies contrôlées à l’échelle micro et nanométrique est en pleine expansion en raison de la large gamme d'applications. Une nouvelle méthode prometteuse consiste à utiliser la photopolymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (NMP2) qui exploite une alcoxyamine photosensible (AA).Pour démontrer le potentiel de fabrication de surfaces de polymères complexes, un film de polymère a d'abord été formé en irradiant avec une formulation contenant un mélange de monomère acrylique et l’alcoxyamine. Ensuite, le dépôt d'un second monomère acrylique sur ce film durci peut redémarrer une nouvelle réaction de photopolymérisation du fait de la présence d'alcoxyamines à la surface. Les radicaux peuvent être réactivés par exposition aux lampes UV et permettent de commencer un nouveau procédé de polymérisation. Une autre alternative est d'utiliser l’écriture directe par laser pour produire des structures en 2D ou 2.5D de polymère, en déplaçant le faisceau laser sur la surface de l'échantillon.Un soin particulier a été axé sur l'impact de paramètres photoniques et chimiques sur le processus de repolymérisation. Les mécanismes moléculaires qui régissent la repolymérisation pourraient être déduits de cette étude.Certaines applications montrent le potentiel de l'alcoxyamine pour générer des surfaces hydrophiles / hydrophobes ou fluorescentes pour des applications avancées.

The fabrication of complex polymer surfaces with controled chemistry and topography at the micro and nanoscale has drawn a huge attention during the last years due to the wide range of applications. A promising new method consists in using the nitroxide mediated photopolymerization (NMP2). this method exploits a photosensitive alkoxyamine (AA) that creates latent reactive radical species.To demonstrate the potential for fabrication of complex polymer surfaces, a polymer film was first formed by irradiating with a formulation containing a mixture of acrylic monomer and alkoxyamine. Then, depositing a second acrylic monomer over this cured film can reboot a new photopolymerization reaction due to the presence of alkoxyamines at the surface. The radicals can be reactivated by exposure to UV and start a new polymerization process. Another alternative is to use UV-laser direct writing to produce 2D or 2.5D polymer structure by displacing the laser beam at the surface of the sample.A special care was focused on investigating the impact of photonic and chemical parameters on the extend of the repolymerization process. The molecular mechanisms governing the repolymerization could be deduced from this study.Some applications are provided showing the potential of the alkoxyamine for generating hydrophilic/hydrophobic or fluorescent surfaces for advanced applications.