Adhésion instantanée de deux systèmes modèles : liquides simples et copolymères à blocs
par Sylwia Poivet
Thèse de doctorat en Sciences chimiques. Physicochimie de la matière condensée
Sous la direction de Pascale Fabre et de Frédéric Nallet.
Soutenue en 2003
à Bordeaux 1 .
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Résumé
Nous étudions, dans une approche expérimentale à visée fondamentale tout autant qu'appliquée, les mécanismes de séparation et de rupture qui sont en jeu lors de la mise en traction d'un matériau fortement confiné entre deux plaques parallèles (test du probe-tack). Cette étude est menée sur deux systèmes modèles ; les liquides simples et les copolymères à blocs. La simplicité du premier système nous permet de donner une interprétation détaillée de nos observations. Deux régimes en compétition sont ainsi identifiés : un régime de digitation et un régime de cavitation. En utilisant des modèles élaborés pour les liquides newtoniens, la forme des courbes de force, propre à chaque régime, ainsi que les conditions nécessaires à la cavitation sont modélisées et mènent à l'élaboration d'un "diagramme de phases" permettant de prédire les différents régimes. Le très bon accord entre nos données expérimentales et la théorie montre que la cavitation, méscanisme communément admis comme spécifique des matériaux viscoélastiques tels que les adhésifs, peut tout aussi bien se produire dans les liquides visqueux. Le second système étudié, susceptible d'applications en tant que matériau adhésif même en milieu humide, est constitué essentiellement de copolymères diblocs amphiphiles. Ces matériaux sont caractérisés du point de vue de leur structure, de leur capacité à absorber l'eau et de leurs propriétés adhésives à sec et sur substrat humide. Notre étude met en évidence le rôle essentiel de la structure sur les propriétés d'adhésion et montre que leur caractère emphiphile fait de ces matériaux des candidats prometteurs pour résoudre le problème de l'adhésion sur substrat humide.
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Titre traduit
Tack of two model systems : simple liquids and block copolymers
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Résumé
Within an expérimental approach whose scope is fundamental as well as applied, we study the separation mechanisms encoutered when a material confined between two parallel plates is put under traction (probe-tack test). The study is conducted on two model systems : simple liquids and block copolymers. The simplicity of the first system allows us to provide a detailed interpretation of our observations. Indeed, two competing regimes are identified : a fingering regime and a cavitation regime. The curve shape for the measured force, specific to each regime, along with the conditions required for cavitation, are modelled using models for Newtonian fluids. This allows us to build a phase diagram capable of prediction the different regimes. The excellent fit of the experimental data with our theoretical model demonstrates that the cavitation mechanism, commonly thought to be characteristic of viscoelastic materials like adhesives, can also be encountered in viscous liquids. The second system, a candidate for use as an adhesive material even in wet environment, is essentially composed of amphiphilic diblock copolymers. We characterize the structure of these materials, their ability to absorb water and their adhesive properties on dry and wet substrates. Our study demonstrates the critical role of the polymer structure on the adhesion properties. Moreover, we show that, owing to their amphiphilic behaviour, these materials are particulary promising for the well-known problem of adhesion on wet surfaces.
