Morphologie et propriétés thermodynamiques de réseaux de polymères bidimensionnels à l'interface air-eau

L'étude des mélanges de polymères constitue une voie intéressante pour l'élaboration de matériaux aux propriétés combinées. Pour une composition donnée, ces dernières dépendent essentiellement des morphologies du volume et de la surface. La synthèse de réseaux interpénétrés de polymères (RIPs) constitue une voie intéressante pour limiter la séparation de phase observée pour la plupart des mélanges de polymères. Dans le cadre de ce travail, des mélanges de polymères sous forme de films ultraminces à l'interface air-eau, ou films de Langmuir, ont été étudiés puis des architectures RIP bidimensionnelles ont été synthétisées. Le confinement à deux dimensions des mélanges de polymères peut en effet conduire à des comportements différents de ceux observés en volume et la synthèse de RIPs 2D peut constituer une voie pour stabiliser une morphologie donnée. Ainsi, des mélanges en différentes proportions d'un caoutchouc nitrile (NBR) et d'un copolymère triblocs poly(éthylène glycol)-bloc-poly(propylène glycol)-bloc- poly(éthylène glycol) (PEG-PPG-PEG) ont été élaborés. Des études thermodynamiques et des observations de la morphologie par microscopie à l'angle de Brewster (BAM) ont mis en évidence une séparation de phase complète des deux copolymères dans toute la gamme de composition étudiée. Une phase dispersée de NBR composée de nodules micrométriques a été identifiée dans une matrice de PEG-PPG-PEG. Dans un deuxième temps, l'étude de l'effet de la réticulation des deux copolymères sur la morphologie des films de Langmuir purs ou mixtes a été réalisée. Le NBR est réticulé sous irradiation UV et son réseau simple présente en BAM une morphologie homogène. Outre la contraction irréversible du film irradié, des mesures par spectroscopie SFG ont montré la diminution de l'amplitude des bandes vibration associées aux groupements butadiène. Le PEG-PPG-PEG est, quant à lui, réticulé par une réaction d'acétalisation catalysée en milieu acide, en présence d'un agent réticulant dans la sous-phase. Cette réaction n'étant pas complète, la monocouche a montré en BAM et en AFM une morphologie hétérogène avec de larges domaines denses et/ou épais attribués au réseau, et une phase moins dense constituée du copolymère linéaire. L'adsorption du réticulant et la densification du film a été mise en évidence par SFG uniquement en milieu acide favorable à la réaction. Enfin, la formation du réseau de NBR dans les mélanges NBR/PEG-PPG-PEG (analogue aux semi-RIPs) ainsi celle du double réseau (RIPs) n'influent pas significativement sur la morphologie des films mixtes par rapport aux mélanges de référence, tandis que la formation d'un réseau de PEG-PPG-PEG induit une modification profonde de la morphologie par un remaniement de la phase continue, résultant dans la miscibilité des deux copolymères linéaires, uniquement pour des mélanges riches en NBR.