Hydrophobic substances encapsulation by amphiphilic polyelectrolytes : straucture-properties relationship
Encapsulation de molécules hydrophobes par des polyélectrolytes amphiphiles : relation structure-propriétés
Résumé
We describe an original and versatile technique, which enables to encapsulate hydrophobic substances in water with a precise control of the final properties of the dispersion. The hydrophobic substance is first emulsified in the aqueous solution of an amphiphilic polyelectrolyte polymer, which comprises an "alkali-swellable" backbone. A change in the physicochemical conditions (pH, ionic strength) induces the precipitation of the polymer on the surface of the hydrophobic droplets. The present work develops along three complementary directions. First, we understand the microstructure of the polymeric solutions, which determine, in part, their interfacial properties. We develop an original method based on Nil Red solvatochromism.to monitor the formation of hydrophobic microdomains in aqueous solutions. Then, we analyze the linear and non-linear rheological properties of the solutions - viscosity, normal forces and fracturing at large deformations- in relation to the chain composition and to the physicochemical characteristics of the solutions. Finally, we lay out the foundations of a model of emulsification in viscoelastic continuous phases. This framework links the amphiphilic copolymer architecture and composition to the rheological properties of the solution and to the characteristics of the dispersion obtained at the end of the process. It makes possible to define, prior to any implementation, the optimal conditions to encapsulate a wide range of hydrophobic substances.
Nous décrivons un procédé de coacervation original et polyvalent qui permet d'encapsuler des substances hydrophobes dans l'eau avec un contrôle précis des propriétés de la dispersion finale. Le composé hydrophobe est d'abord émulsionné dans une solution aqueuse d'un polyélectrolyte amphiphile à squelette hydrophobe de type " alkali-swellable ". Un changement des conditions physicochimiques (pH, force ionique) provoque alors la précipitation du polymère à la surface des gouttelettes hydrophobes. Notre travail s'organise suivant trois directions complémentaires. Tout d'abord, nous nous attachons à comprendre la microstructure des solutions de polymères, d'où découlent en partie leurs propriétés interfaciales. Pour cela, nous développons une méthode originale de détection d'agrégats hydrophobes qui exploite le solvatochromisme du Rouge du Nil. Puis, nous analysons les propriétés rhéologiques linéaires et non linéaires des solutions de copolymères -viscosité, forces normales, fracturation aux grandes déformations- en relation avec la composition des chaînes et les caractéristiques physicochimiques des solutions. Enfin nous posons les bases d'un modèle d'émulsification dans des phases continues viscoélastiques. Ce cadre conceptuel permet de relier l'architecture et la composition des copolymères amphiphiles utilisés à leurs propriétés rhéologiques en solution et aux caractéristiques de la dispersion obtenue à la fin du procédé. Il est ainsi possible de définir à priori les conditions optimales qui permettront d'encapsuler à façon une large gamme de substances hydrophobes.