Réseau interpénétré de polymère pour revêtement nanostructuré – IPNanocoat

Contexte de recherche: Les films minces de polymères sont de plus en plus développés pour des applications biomédicales et industrielles variées. Des mélanges de polymères permettent souvent d’améliorer les propriétés du revêtement ou de lui fournir de nouvelles fonctionnalités. Cependant, le confinement à 2D peut affecter le comportement de mélange. Dans les mélanges 3D, pour éviter une séparation de phases au cours du temps et assurer la stabilité à des stimuli externes, la réticulation des deux polymères par deux voies différentes a été utilisée, conduisant à des réseaux interpénétrés de polymères (RIP). Nous proposons d’utiliser le même concept en films ultraminces à l’interface eau-air, i.e. films de Langmuir, afin d’élaborer un nanorevêtement RIP-2D une fois transféré sur substrat solide.

Sujet de recherche: L’objectif du projet est de comprendre le rôle fondamental des paramètres physico-chimiques et des réactions de réticulation sur la séparation de phases dans les mélanges de polymères confinés à 2D, de façon à contrôler la morphologie et synthétiser des revêtements RIP-2D à façon.

Méthodes: Dans une première étape, des diagrammes de phases pression – composition seront étudiés pour une large gamme de couples de polymères avec différentes hydrophobies, en combinant des isothermes de compression, des observations de la morphologie par microscopie à l’angle de Brewster et la caractérisation de l’organisation à l’échelle moléculaire par spectroscopie par génération de fréquence somme (SFG). De la modélisation sera utilisée pour identifier les paramètres physico-chimiques clé. Dans un second temps, nous nous concentrerons sur les régions de miscibilité des diagrammes de phases pour synthétiser des RIP-2D monophasiques et étudier l’évolution de la morphologie en fonction des paramètres de réaction. Dans une étape finale, les RIP-2D seront évalués en tant que nanorevêtements en termes de morphologie, organisation à l’échelle moléculaire et propriétés de mouillage, et comparés à des RIP élaborés sous forme de films spin-coatés.

Niveau d’originalité: L’originalité du projet réside d’abord dans la synthèse de RIP-2D monophasiques car les mécanismes de séparation de phases dans les mélanges réticulés de polymères n’ont pas été traités à 2D. En s’appuyant sur la possibilité de suivre en temps réel les réactions par SFG d’une part et sur de la modélisation d’autre part, la stratégie proposée permet d’étudier la façon dont les diagrammes de phases pression – composition et les morphologies sont impactées au cours de la réticulation des polymères. Pour cela, l’étude d’une grande diversité de films de Langmuir de mélanges de polymères est nécessaire puisqu’aucune vue d’ensemble détaillée du comportement de mélanges de polymères à 2D à partir de la construction de diagrammes de phases n’est présente dans la littérature. Enfin, en comparaison avec d’autres méthodes d’élaboration de films minces, des nanorevêtements 2D stables et organisés avec des propriétés variées devraient être obtenus.

Principaux chercheurs impliqués: Le projet rassemble une équipe complémentaire comprenant des spécialistes de la thermodynamique et des caractérisations de la morphologie de films de Langmuir de polymères (S. Cantin, A. El Haitami, CYU), de la modélisation des propriétés thermodynamiques de mélanges de polymères (E. Masnada, CYU) et d’expériences de spectroscopie par génération de fréquence somme aux interfaces liquide et solide (E. Backus, UV).