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Theses Year : 2009

Nanostructured materials made by a combination of controlled radical polymerization and reactive blending

Matériaux nanostructurés obtenus par combinaison de polymérisation radicalaire contrôlée et de mélangeage réactif

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Abstract

Nanostructured blends of methacrylic copolymers and polyamide 6 were obtained by reactive blending. The grafting reaction occurs between the amine end of the polyamide and the reactive units (acid or anhydride) of the methacrylic backbone. The distribution of the reactive units along the backbone has an influence on the nanostructure and properties of these materials. To understand this effect, we synthesized well-defined butyl methacrylate copolymers by controlled radical polymerization (ATRP). The polymerization reaction was monitored /in situ/ by near infrared spectroscopy allowing a real-time estimation of the chain length. With this methodology, we obtained series of copolymers having similar molar masses, low polydispersities and controlled distribution of reactive units (methacrylic acid). The reactive units are distributed all along the backbone (monoblock architecture), on a part of the chain (diblock) or at the two ends of the chain (triblock). The grafting of polyamide on these backbones was achieved in melt in an extruder. The morphology of the resulting materials was studied by transmission electron microscopy (TEM), mechanical properties by dynamic mechanical analysis (DMA), the crystallization by differential scanning calorimetry (DSC) and the solvent resistance by solubility tests. The grafting efficiency of polyamide on the backbone is very high (up to 90%) and increases with the density of reactive sites. The distribution of reactive sites, or of polyamide grafts, strongly influences the nanostructure and the properties of blends. It is therefore possible to obtain the desired morphology and properties by choosing the backbone architecture. The results of this study were used to prepare nanostructured materials from elastomeric tribloc backbones: PMMA-b-PBA-b-PMMA and PS-b-PBA-b-PS. We obtain high performance thermoplastic elastomers: transparent, resistant to solvents and with good mechanical properties up to 200°C.
Dans cette étude, nous avons réalisé des matériaux nanostructurés à partir de copolymères méthacryliques greffés par du polyamide 6. Le greffage s'effectue par mélangeage réactif en faisant réagir la terminaison amine du polyamide sur des fonctions réactives du squelette méthacrylique. En étudiant différentes architectures de squelette, nous avons remarqué que la distribution des sites réactifs jouait un rôle important. Dans le but de comprendre cet effet sur la structuration et les propriétés mécaniques de ces matériaux, nous avons synthétisé des copolymères modèles de méthacrylate de butyle par polymérisation radicalaire contrôlée (méthode ATRP). Pour bien contrôler l'architecture de ces copolymères, nous avons développé un système de suivi de la polymérisation, par spectroscopie en proche infrarouge, nous permettant de connaître en temps réel la longueur des chaînes formées. Nous avons ainsi obtenu une variété de copolymères bien contrôlés (masses molaires voisines, polymolécularités faibles) dont les sites réactifs (acide méthacrylique) sont répartis statistiquement sur toute la chaîne (architecture monobloc), sur une partie de la chaîne (dibloc) ou sur les deux extrémités de la chaîne (tribloc). Le greffage du polyamide sur ces squelettes a ensuite été réalisé à l'état fondu en extrudeuse, et nous avons étudié la structuration par microscopie électronique (TEM), les propriétés mécaniques par analyse dynamique (DMA), la cristallisation par analyse enthalpique différentielle (DSC) ainsi que la résistance aux solvants de ces matériaux. Tout d'abord, l'efficacité de greffage du polyamide sur les squelettes méthacryliques est très élevée (jusqu'à 90%) et augmente avec la densité de sites réactifs. Ensuite, la distribution des sites réactifs, donc des greffons polyamide, influence fortement la structuration des mélanges et leurs propriétés. Nous avons pu définir le type de squelette à utiliser pour obtenir une morphologie donnée. Finalement, les résultats de cette étude ont été utilisés pour réaliser des matériaux nanostructurés à partir de squelettes triblocs élastomériques PMMA-b-PABu-b-PMMA et PS-b-PABu-b-PS. Nous avons ainsi obtenu des élastomères thermoplastiques hautes performances transparents, résistants aux solvants et avec une tenue mécanique dépassant les 200°C.
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Dates and versions

tel-00430883 , version 1 (10-11-2009)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00430883 , version 1

Cite

Séverin Dronet. Matériaux nanostructurés obtenus par combinaison de polymérisation radicalaire contrôlée et de mélangeage réactif. Physique [physics]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00430883⟩
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