Effect of confined polymer on the properties of lyotropic lamellar mesophases

par Viktoriia Meklesh

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Patrick Kékicheff et de Leonid Bulavin.

Soutenue le 20-09-2017

à Strasbourg en cotutelle avec Kií̈vsʹkij nacíonalʹnij uníversitet ím. Tarasa Ševčenka. Centr Ukraïnoznavstva (Ukraine) , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) , en partenariat avec Institut Charles Sadron (Strasbourg) (laboratoire) .

Le président du jury était Marguerite Barzoukas.

Le jury était composé de Thierry Charitat.

Les rapporteurs étaient Giovanna Fragneto, Eric Freyssingeas.

mots clés

• Phase lamellaire
• Structure
• Interactions
• Polymère
• Diffusion
• Sphérulites
• Composés lamellaires
• Polyéthylèneglycol
• Polymères cristaux liquides
• Membranes (technologie)

Titre traduit

Effet de polymère confiné sur la structure de mésophases lamellaires lyotropes

Résumé

Cette thèse porte sur l'effet de l'incorporation du polymère adsorbant polyéthylène glycol (PEG) sur les propriétés structurelles et élastiques des mésophases lamellaires lyotropes. En particulier, ces phases lamellaires dopées au polymère sont d'un grand intérêt pour la compréhension des interactions inter-membranaires médiées par la macromolécule. Dans un premier temps, le module élastique de courbure des membranes a été étudié le long de plusieurs lignes de dilution de polymère. Il a été obtenu à partir des mesures des couplages quadrupolaires par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) à l'état solide de deutérium des molécules de cotensioactif perdeuteré incorporée dans la membrane. En présence du polymère adsorbé, nous avons constaté que la valeur du module élastique de courbure augmentait d'environ 20% dès que la solution de polymère était semi-diluée. Deuxièmement, nous discutons le coefficient de diffusion du polymère dans l'eau et confiné dans la phase lamellaire. La structure des mésophases a été étudiée par diffusion aux petits angles par rayons X et par microscopie électronique après cryofracture. Finalement, les mesures directes du module de compressibilité des mésophases lamellaires ont également été réalisées.

mots clés

• Lamellar phase
• Structure
• Interactions
• Polymer
• Diffusion
• Spherulites

Résumé

This thesis deals with the effect of the incorporation of the adsorbing polymer polyethylene glycole (PEG) on the structural and elastic properties of lyotropic lamellar mesophases. In particular, these polymer doped-lamellar phases are of great interest for understanding the intermembrane interactions mediated by the macromolecule. Firstly, the bending elastic modulus of the membranes has been investigated along several dilution lines of polymer. It was obtained from the measurements of quadrupolar splittings by deuterium solid state Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy of the perdeuterated cosurfactant molecule embedded in the membrane. In the presence of the adsorbed polymer the value of the bending elastic modulus was found to increase of about 20% as soon as the polymer solution becomes semi-diluted. Secondly, the diffusion coefficient of the polymer in water and confined in the lamellar phase is discussed. The structure of the mesophases was investigated by small angle X-ray scattering and freeze-fracture electon microscopy. Finally, the direct measurements of the compressibility modulus of the lamellar mesophases were also carried out.