– ADPOLYSURF

De nombreuses applications pour lesquelles les polymères sont à ce jour des matériaux indispensables impliquent qu'ils présentent des comportements de surface spécifiques. Des polymères, dont l'architecture peut être maîtrisée grâce aux outils de l'ingénierie macromoléculaire, peuvent être définis pour qu'ils présentent des surfaces à propriétés contrôlées comme la friction, la lubrification, le mouillage ou l'adhésion cellulaire. Jusqu'à aujourd'hui, deux principales stratégies pour préparer des surfaces fonctionnelles ont été proposées, soit par greffage chimique de chaînes polymères (méthodes « from » ou « onto »), soit par traitement activant (décharge couronne, plasma, attaque acide, etc). Il est de surcroît établi que ces traitements, dont certains sont largement utilisés en milieu industriel, ne permettent pas un contrôle parfait de la fonctionnalité des surfaces et peuvent induire des changements des propriétés mécaniques superficielles. Afin de proposer une nouvelle stratégie de fonctionnalisation des surface, maîtrisée en terme de composition chimique ou d'organisation, notre approche consiste à utiliser les propriétés de ségrégation de phase d'un composant dans un mélange binaire avec un polymère. Dans les mélanges polymères ou dans des systèmes à base de copolymères à blocs, la composition de surface est souvent différente de celle du volume en raison de mouvements moléculaires facilités aux abords de la surface. Des oligomères ou des séquences fonctionnelles peuvent être capables de migrer vers la surface pour en réduire son énergie libre. Le contrôle thermodynamique d'un tel procédé est lié à des paramètres enthalpiques, associés à la fonctionnalité des chaînes, ainsi qu'à des paramètres entropiques dus à la contribution des dimensions macromoléculaires ou à l'architecture. Ainsi, des fonctions à haute énergie libre (-NH2, -COOH) ou des chaînes de grande dimension restent bloquées dans le volume du matériau alors que des fonctions à faible énergie libre (silicone, séquences fluorées) ou des chaînes à faible entropie de conformation peuvent être révélées à la surface. Pour atteindre ces objectifs, deux laboratoires proposent d'unir leur savoir-faire. Le LCPO, porteur du projet, possède une large expérience pour préparer, via des processus de polymérisation contrôlés, des polymères d'architecture complexe. Le partenaire de ce projet est l'ICSI, reconnu depuis de nombreuses années pour ses activités de chimie et de physico-chimie des surfaces et des interfaces. Le LCPO aura en charge la préparation de copolymères possédant les séquences idoines par combinaison de processus de polymérisation contrôlés par voie anionique ou par ouverture de cycle. Il assurera la réalisation de mélanges de polymères et de copolymères et proposera des méthodologies pour révéler, en surface, les séquences ou les fonctions. L'ICSI analysera les comportements en surface, s'attachant à quantifier la composition chimique mais également à déterminer les conformations des chaînes, la rugosité ou les propriétés mécaniques aux toutes petites échelles, en combinant des techniques spectroscopiques et d'imagerie. Cette nouvelle approche peut permettre la préparation de surfaces fonctionnelles activables via un stimulus externe (température, pH). Pour cela, des composés à entropie de conformation faible, d'architectures ramifiées ou branchées, et qui possèdent également des fonctions polaires, seront préparées puis mélangées à un polymère compatible jouant le rôle de matrice. Des conditions de préparation des matériaux seront proposées en considérant les phénomènes de ségrégation de phase liées à l'organisation des chaînes aux toutes petites échelles. Des outils de caractérisation devront être adaptés et optimisés pour effectuer une analyse fine des phénomènes. Nous proposons in fine d'associer des séquences hydrophiles et hydrophobes capables, en fonction des conditions de température ou de pH, et dans des environnements de vapeur de solvants de polarité variable, de se ségréger à la surface. Des changements d'énergie libre de surface pourront être ainsi déclenchés en fonction de conditions d'environnement particulières et en relation avec la composition des surfaces.