Self-healing in supramolecular elastomer
Étude de l'auto-réparation d'élastomères supramoléculaires
Résumé
In the last thirty year, an active research has been devoted to the design of selfhealing materials that are able to sense damage and respond autonomously in order to restore their original properties. For this work, we have studied the remarkable self-healing of supramolecular elastomers formed by a network of oligomers associated through weak and reversible hydrogen bonds. An experimental approach has been developed to characterize quantitatively the adhesion between two elastomer surfaces and more precisely to compare the self-adhesion of aged surfaces close to thermal equilibrium to the self-healing of out-ofequilibrium fracture surfaces. Over a wide range of contact times from 1s to 17h, we find that the separation of fracture surfaces that were brought back into contact requires an energy almost one order of magnitude larger than for aged surfaces. Combining these experiments to thermal treatments, we could verify that annealing fracture surfaces prior to contact greatly accelerate the loss of their self-healing power. These results strongly suggest that such a deactivation is governed by the reconstruction process of out-of-equilibrium surfaces and not by some contamination phenomenon. More generally, measuring the intensity and kinetics of healing and deactivation processes provides new data to better understand the molecular mechanisms at stake in the self-healing of these materials. In a last part, our approach has been applied to the characterization of self-adhesion of hybrid epoxy networks combining covalent cross-links and supramolecular bonds.
Une recherche active se consacre depuis trente ans au développement de matériaux auto-réparants capables de sentir un dommage et d'y répondre de façon autonome afin de restaurer leurs propriétés d'origine. Nous nous sommes intéressés à l'auto-réparation remarquable d'élastomères supramoléculaires formés par un réseau d'oligomères associés via des liaisons hydrogènes faibles et réversibles. Pour cela, une approche expérimentale a été mise au point afin de caractériser quantitativement l'adhésion entre deux surfaces d'élastomère et notamment de comparer l'auto-adhésion de surfaces vieillies proches de l'équilibre thermodynamique et l'auto-réparation de surfaces de fracture hors-équilibres. Sur une large plage de temps de contact allant de 1s à 17h, nous trouvons que la séparation de surfaces de fracture remises en contact requiert une énergie de près d'un ordre de grandeur supérieure à celle pour des surfaces vieillies. En combinant ces essais à des traitements thermiques, nous avons vérifié qu'un recuit des surfaces de fracture accélère la perte de leur pouvoir autoréparant. Ces résultats suggèrent fortement que cette désactivation est gouvernée par les mécanismes de reconstruction des surfaces hors-équilibre et que la contamination n'intervient pas significativement. Plus généralement, la mesure des intensités et cinétiques de réparation et de désactivation apportent des éléments nouveaux pour comprendre les mécanismes moléculaires en jeu dans l'auto-réparation de ces matériaux. Dans une dernière partie, notre approche a été utilisée pour caractériser l'auto-adhésion de réseaux époxy hybrides combinant réticulation covalente et liaisons supramoléculaires.
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