Towards a better understanding of the role of interfaces in multilayer polymer systems
Vers une meilleure compréhension du rôle des interfaces dans les systèmes polymères multicouches
Résumé
Polymer blends comprise a big fraction of all polymeric materials. The knowledge about their interfacial properties is of fundamental importance. No direct methods are suitable for most of the polymer systems. The objectives are to find a non-direct method to describe the rheological properties of non-compatibilized interphase and to develop an experimental study to assess the influence of shear on the multilayer films’ stability. The first goal was achieved by performing extensional rheology on multi-nanolayer films of polystyrene (PS) and poly(methyl methacrylate) (PMMA). The behavior of the films was studied using a model introducing the interfacial contribution and involving the phenomenon of strain-hardening, due to the increase in the interphase fraction. A deviation in interfacial stress from its thermodynamic equilibrium value was observed, which led to the measurement of interphase elasticity. It was shown that extensional rheology can be used as an interfacial rheology tool. The second objective was met by studying the dewetting dynamics of a model PMMA/PS/PMMA system by using a microscope coupled with a shearing hotstage. The morphology of the holes was modified by shear. The dewetting speed increased with the shear rate while being related to the shear-thinning of the matrix. An analytical model was developed to describe these findings, which is essential not only in the field of polymer films but also in foams or emulsions. Next, a similar study was carried out on multilayer films to correlate their viscoelastic properties and morphology, to predict the onset of dewetting and/or a global change of morphology in the film.
Les mélanges de polymères représentent une grande partie de tous les matériaux polymères. La connaissance de leurs propriétés interfaciales est d'une importance fondamentale. Aucune méthode directe n'est adaptée à la plupart des systèmes polymères. Les objectifs sont de trouver une méthode non directe pour décrire les propriétés rhéologiques de l'interphase non compatibilisée et de développer une étude expérimentale pour évaluer l'influence du cisaillement sur la stabilité des films multicouches. Le premier objectif a été atteint en réalisant une rhéologie extensionnelle sur des films multicouches de polystyrène (PS) et de poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA). Le comportement des films a été étudié par un modèle introduisant la contribution interfaciale et impliquant le phénomène de durcissement, dû à l'augmentation de la fraction interphase. Une déviation de la contrainte interfaciale par rapport à sa valeur d'équilibre thermodynamique a été observée, conduisant à la mesure de l'élasticité de l'interphase. Il a été démontré que la rhéologie extensionnelle peut être utilisée comme outil de rhéologie interfaciale. Le deuxième objectif a été atteint en étudiant la dynamique du démouillage d'un système modèle PMMA/PS/PMMA avec un microscope couplé à une platine chauffante de cisaillement. La vitesse de démouillage augmente avec le taux de cisaillement tout en étant liée à rhéo-fluidification de PMMA. Un modèle analytique a été développé pour décrire ces résultats, ce qui est important non seulement dans le domaine des films polymères mais aussi des mousses ou des émulsions. Ensuite, une étude similaire a été réalisée sur des films multicouches pour corréler leurs propriétés viscoélastiques et leur morphologie, afin de pouvoir prédire l'apparition du démouillage et/ou un changement global de morphologie dans le film.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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