Rhéologie aux interfaces des matériaux polymères multicouches et ...

Khalid Lamnawar
INSA de Lyon
3.7. Quantification de lʹinterphase par lʹoutil rhéologique et
thermodynamique
Evaluation de l’effet d’interphase au moyen d’outils rhéologiques et thermodynamiques
L’interaction entre deux polymères peut être évaluée à partir de la mesure de l’épaisseur
interfaciale. L’interface entre deux polymères n’est le plus souvent pas très robuste et se situe
aux alentours de 2 à 50 nm selon la nature des interactions qui y prennent place. Lorsque
deux films de polymères miscibles sont placés en contact et chauffés à une température
supérieure à leurs Tg, une interface épaisse se développe avec le temps. Par contre, dans le
cas de systèmes non miscibles, seules de fines interfaces sont obtenues; ceci est détaillé d’une
façon très exhaustive dans la littérature [Wool (1995)]. En effet, si deux polymères sont
fortement non miscibles, leurs chaînes se repoussent mutuellement et la pénétration des
bouts de chaînes d’une phase dans l’autre est très peu favorisée. Dans un tel cas, la valeur de
la tension interfaciale est élevée et l’épaisseur de la zone interfaciale est faible.
Dans le cas de systèmes non miscibles, les théories de champs moyens ou des réseaux (meanfield
and lattice theories) prédisent que la diffusion de quelques segments de polymère peut
avoir lieu à l’interface afin d’y minimiser l’énergie interfaciale. Il y est postulé que l’épaisseur
de l’interface est proportionnelle à χ −0,5 , puisque la tension interfaciale entre les deux
polymères est proportionnelle à χ −0,5 , avec χ le paramètre d’interaction de Flory‐Huggins.
Deux polymères non miscibles ont une valeur positive de χ élevée. En appliquant la théorie
des solutions de Flory‐Huggins [Flory (1953)] à un mélange binaire de polymères, il est
possible de déterminer le paramètre critique d’interaction χ crit qui définit la condition de
miscibilité de ce système:
1 1 1
2 N N
2
χ
crit
= ( + )
Équation 59
1 2
N est le degré de polymérisation. Ainsi, les valeurs de χcrit pour les systèmes SNR et SR
étudiés en considérant NPE=750, NPE‐GMA=928 et NPA= 150 sont respectivement de 0,00698 et
0,0065.
Par ailleurs, Helfand et al. (1972) ont développé des théories de réseaux qualitatifs à
l’interface (quantitative lattice theories of the interface). D’après la théorie des champs moyens,
l’épaisseur de l’interphase, ∆l, à l’équilibre de l’interdiffusion pour une longue durée de
contact est donnée par :
2 2
⎡ b ⎤
1
+ b2
∆l
= 2
Équation 60
⎢ ⎥
⎣ 12χ
ab ⎦
avec
χ
ab
= V
( δ −δ
) 2
/ RT
a b
, où bi représente la longueur de liaison effective d’un segment
statistique au fondu, avec des valeurs moyennes typiques de 5‐7 Å, δ est le paramètre de
Partie C
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