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Theses Year : 2013

Self-assembled nanoemulsions through physico-chemical methods

Nanoémulsions auto-assemblées par des méthodes physico-chimiques

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Abstract

The purpose of this work is to lure a system away from its equilibrium state and trap it into other non-equilibrium states. The systems investigated are (oil+water+amphiphile) or (polymer+good-solvent+bad-solvent). The aim is to avoid macroscopic phase separation and restrain it to the microscopic scale, in order to obtain uniform collections of size-controlled droplets. The approach is to use physicochemical methods, which use interaction constraints between the molecules to self-assemble the droplets. A first scenario is to take the system along equilibrium states until a bifurcation leading to a trapped state, while the equilibrium states move far away. It is observed when water is rapidly added to a (oil+amphiphile) solution. A second scenario is to take the system slightly above equilibrium states, through shear, to reach a trapped state, while the equilibrium states move far away. It is encountered when changing the surfactant layer hydration through physical parameters such as temperature, pH or ionic strength. A third scenario is to push the system towards equilibrium but raise increasingly high barriers as it evolves. This corresponds to the solvent-shifting technique where coalescence, which ultimately leads to macroscopic phase separation, is increasingly hindered by ionic repulsions. Two novel types of pathways have also been identified in this work, contact ripening, which corresponds to molecular exchange at droplets contact, and hindered coalescence, which corresponds to coalescence limited by the droplets approach. The origin of ionic barriers in purified systems has also been elucidated.
Le but de ce travail est de détourner un système de son état d'équilibre, afin de le piéger dans d'autres états hors-équilibre. Les systèmes utilisés sont de type (eau+huile+amphiphile) ou (polymère+bon solvant+mauvais solvant). L'objectif est d'éviter la séparation macroscopique de phases en la restreignant à l'échelle microscopique, afin d'obtenir des collections uniformes de gouttes de taille contrôlées. Des méthodes physico-chimiques, pour lesquelles les contraintes sont les interactions entre molécules, sont employées. Un premier scénario consiste à mener le système le long d'états d'équilibre jusqu'à une bifurcation qui le conduit dans un piège ce qui l'éloigne alors de son état d'équilibre. Cela correspond expérimentalement à l'addition rapide d'eau à une solution (huile+amphiphile). Un deuxième scénario se déroule en menant le système un peu plus haut que ses états d'équilibres par perturbation, comme l'agitation, jusqu'à atteindre un état piégé dont il ne s'échappe pas alors que les états d'équilibre s'éloignent. Cette situation est observée lors de l'hydratation de la couche d'amphiphile par une variation des interactions entre l'eau et la tête hydrophile, à travers la température, la force ionique, le pH. Un troisième scénario consiste à pousser le système vers son état d'équilibre tout en érigeant sur son chemin des barrières de plus en plus hautes. Cela correspond au basculement de solvant où la coalescence, qui conduit à la séparation de phase, est freinée par les répulsions ioniques. Deux nouveaux types de chemins ont également été identifiés au travers de l'étude, le murissement de contact correspondant à un échange moléculaire entre gouttes au contact, et la coalescence limité par l'approche de gouttes chargées. L'origine des barrières ioniques dans les systèmes purifiés a également été élucidée.
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Dates and versions

pastel-00921639 , version 1 (20-12-2013)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00921639 , version 1

Cite

Kevin Roger. Nanoémulsions auto-assemblées par des méthodes physico-chimiques. Chimie-Physique [physics.chem-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00921639⟩
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