Thème fédérateur : Interfaces et auto-organisation des polymères

Le but de ce thème fondamental est de mieux comprendre et contrôler les compétitions d'interactions polymère-polymère (en solution, en gel, en fondu amorphe, en mélange, en présence de cristallites) et polymère-surfaces (adsorption, conformation, orientation, agrégation) dans les structures polymères présentant un ordre local. Le confinement des polymères résulte de leur emprisonnement entre deux interfaces (polymère/substrat et polymère/air, par exemple) dont la distance entre elles est de l'ordre de la dimension de la macromolécule. Ceci confère aux polymères des comportements spécifiques (expansion thermique, démouillage, Tg) qu'il sera bon de comprendre pour les utiliser ultérieurement.

Les applications de ces recherches sont l'élaboration de matériaux nouveaux modifiés par adsorption ou greffage de polymères sur les surfaces de nano-charges lamellaires exfoliée, de nano particules de carbone ou de graphite expansé pour la réalisation de Composites Polymères Conducteurs (CPC) et de Nano-composites. Un autre domaine de recherche, lié au précédent, concerne les mélanges et les interfaces formées par les polymères : Domaines de miscibilité, caractérisation thermique, mécanique et rhéologique des mélanges, influence des additifs et des charges sur la cristallisation, influence des paramètres du procédé de transformation sur la morphologie. Élaboration de détecteurs de vapeur et de contraintes.

Polymères Biodégradables : Nous avons montré que pour réaliser un matériau biodégradable à base d'amidon, il faut : -Modifier chimiquement et déstructurer de façon contrôlée l'amidon. Le phénomène de rétrogradation, lors de la descente en température ou la précipitation, doit faire l'objet d'une meilleure compréhension. - Mélanger et greffer avec un polymère synthétique biodégradable en quantité la plus faible possible est indispensable pour concurrencer, au niveau des propriétés et des prix, de façon durable les matériaux non biodégradables. La plastification seule de l'amidon par de petites molécules ne suffit pas à obtenir un matériau stable dans le temps. Il est indispensable de mélanger les dérivés de l'amidon à un polymère synthétique pour améliorer sa processabilité, ses propriétés et sa durabilité. - La PCL, pour remplir ces fonctions doit impérativement plastifier l'amidon (être compatible) et être greffée chimiquement à ce dernier. Ainsi, les formulations à base d'amidon partiellement formiaté, d'oligomères de PCL et d'isocyanate présentent de bonnes caractéristiques mécaniques.

Bio-composites hautes performances réalisés en intégrant des fibres végétales associées à d'autres polymères d'origine naturelle. Ceci nécessite de maîtriser : § le comportement des fibres végétales lié, lui-même, à la structure composite de la plante. Il est important de mieux connaître la structure complexe des fibres végétales ainsi que les modifications chimiques et structurales engendrées par un traitement chimique § la nature de l'adhésion entre fibres végétales et matrices thermodurcissables ou thermoplastiques, synthétiques ou non (interactions physiques, liaisons chimiques, structure complexe de l'hémicellulose, interdiffusion). § La mise en contact avec un polymère thermodurcissable (diffusion des prépolymères, modification de réactivité due à l'eau contenue) ou thermoplastique (effet de la température, effet de l'eau lors de la mise en œuvre et du vieillissement, dénaturation des structures cellulosiques) pose de nombreuses questions fondamentales et représente un vrai challenge technologique.

Bio-Détecteurs : Sur le principe de fonctionnent des composites polymères conducteurs (CPC), des couches minces de polymères associant une charge conductrice (ou polymère conducteur) à un polymère isolant ou colloïde, peuvent permettre de nano-structuré une surface. La résistivité de ce film mince sera influencée par l'adsorption de composés biologiques tels que des protéines ou des bactéries.

Composites Polymères Conducteurs (CPC) : Les composites polymères conducteurs sont des matériaux hétérogènes élaborés en associant un ou plusieurs polymère (s) à une ou plusieurs charge (s) pour obtenir des fonctions spécifiques ou intelligentes. La sensibilité des CPC vis à vis de leur environnement permet de les utiliser pour des applications en électronique (détecteurs de vapeur, capteur de température ou de contrainte, thermistance, transistors à effet de champ) et en électricité (para-surtenseurs, éléments chauffants auto-régulants, écrantage électrostatique et électromagnétique).  Ces matériaux peuvent être élaborés avec les procédés classiques de mis en oeuvre des plastiques pour les CPC massifs ou par pulvérisation ou centrifugation pour les CPC en couche mince. Cependant on ne peut tirer partie de toutes ces propriétés intéressantes des CPC que dans la mesure ou les différents paramètres influant sur ces propriétés sont parfaitement maîtrisés (interactions polymères/charge, miscibilité, ségrégation, dispersion, interfaces, nature chimique, cisaillement, viscosité, cristallinité, facteurs de forme ...)  et les phénomènes mis en jeu bien compris (conduction électrique & thermique, diffusion de petites molécules dans des structures hétérogènes, effet CTP/CTN, rhéologie, auto association). Un des enjeux fort est donc le contrôle des structures à différentes échelles, nano, méso et microscopique.

Nano-Composites: Ces nouveaux matériaux obtenus par dispersion de nano-feuillets dans une matrice polymère permettent d'apporter des propriétés de renforcement, d'ignifugation, barrières au vapeurs, pour des teneurs de quelques pour cents, là ou des charges traditionnelles devraient être incorporées en quantité dix fois plus importantes pour obtenir le même effet. L'un des point clefs pour optimiser les caractéristiques des nano-composites est d'arriver à les disperser le mieux possible dans la matrice. Ceci peut être obtenu par modification et greffages des nano-charges insitu et dispersion mécaniques. En association à des matrices biodégradables les nano-charges peuvent permettre de contrôler la vitesse de biodégradation des polymères.