Transport de macromolécules en solution à travers des membranes poreuses modèles

Transport of macromolecular solutions through model porous membranes

• Auteur / Autrice : Geneviève Guillot
• Direction : Pierre-Gilles de Gennes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1986
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Coefficient de partage (chimie)

Macromolécules

Mots clés libres

Membranes modèles

Pores calibrés

Solution de polymère flexible

Diffusion

Filtration

Accumulation

Solution macromoléculaire

Résumé

Ce travail présente une étude expérimentale du transport de solutions de polymère flexible à travers des membranes à pores fins, dans le cas où polymère et pore sont de taille comparable. Les membranes ont été préparées par irradiation de films de polycarbonate aux ions lourds, une attaque chimique ultérieure révèle les traces latentes d'irradiation en pores cylindriques percés à travers toute l'épaisseur du film (5 à 100 microns), Le rayon de pore (50 à 200 manomètres) a été contrôlé par une observation directe au microscope électronique à balayage, et par des mesures de conductivité et de perméabilité. On a suivi la diffusion de grandes chaînes de polystyrène (masse supérieure au million) en solution dans l'acétate d'éthyle à travers ces membranes, en mesurant la concentration des solutions par spectroscopie d'absorption. Pour des solutions diluées, le coefficient de diffusion obtenu peut être décrit par un modèle sphère dure. Cependant les chaînes de grande taille devant la taille de pore ont une diffusion plus rapide qu'une sphère dure, de plus leur coefficient de diffusion augmente considérablement avec la concentration. Nous attribuons cette accélération à l'augmentation du coefficient de partage des chaînes entre intérieur et extérieur du pore, due à la flexibilité des chaînes qui leur permet de se déformer pour entrer dans le pore, et à la répulsion entre chaînes plus importante à forte concentration, Cet effet a aussi été observé avec des solutions de mélanges de grandes et de petites chaînes de même nature chimique. Des résultats préliminaires d'expériences de filtration sont enfin présentés, concernant la quantité de polymère transportée et l'évolution de la perméabilité de la membrane après filtration. Ils confirment un modèle proposé par S. DAOUDI et F. BROCHARD (1978) d'entraînement des chaînes par déformation à l'entrée des pores.

An experimental study of the transport of solutions of flexible polymer chains through membranes with fine pores is presented in this work, for pores and polymers of comparable sizes. Membranes have been prepared by heavy ion irradiation of polycarbonate films, followed by chemical etching which reveals the irradiation latent tracks into cylindrical pores spanning the film (5 to 100 microns). The pore radius has been controlled by direct observation under a scanning electron microscope, and by conductivity and permeability measurements. The diffusion of large polystyrene chains (weights larger than one million) dissolved in ethyl acetate has been followed across these membranes, by measuring the solution concentrations by absorption spectroscopy. For dilute solutions, the measured diffusion coefficient can be described by a hard sphere model. However chains of size larger than the pore size diffuse more rapidly than hard spheres, moreover their diffusion coefficient increases drastically with concentration. We attribute this acceleration to the increase of the partition coefficient between the inside and outside of the pore, due to the chain flexibility which allows the chains to elongate to enter the pore, and to the larger repulsion between chains at higher concentrations. This effect has also been observed with solutions of mixtures of large and small chains of the same chemical composition. Some preliminary results of filtration experiments are also reported, about the amount of transported polymer and about the evolution of the membrane permeability after filtration. They confirm model suggested by S. Daoudi and F. Brochard (1978) for chain transport by elongation under flow at the pore entrance.