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Dynamique segmentaire de polymères aux interfaces de nanocharges POSS : Apport de la RMN en phase solide à l’étude de nanocomposites

Cédric Lorthioir Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est, CNRS/Université Paris XII,Thiais

polyédriques (POSS) constituent une famille intéressante de nanocomposites ayant suscité un nombre important de travaux au cours de ces dernières années. Les particules POSS utilisées dans cette étude sont des polysilsesquioxanes octaédriques, qui présentent des dimensions nanométriques très bien définies : elles sont en effet constituées d’une cage inorganique Si8O12, dont le diamètre est de l’ordre de 0.5 nm. L’autre intérêt de ce type de nanocharges réside dans leur caractère hybride, puisque huit groupements organiques, identiques ou de nature variée, figurent aux sommets de ces cages. De tels groupements peuvent être mis à profit pour compatibiliser les cages Si8O12 avec la matrice polymère et permettre leur dispersion.

Différentes architectures modèles, composés d’un polymère amorphe de basse température de transition vitreuse – le polyoxyde de polypropylène (POP) – et de molécules POSS greffées aux extrémités de chaînes POP ont été synthétisées. Dans un premier temps, l’organisation en masse de ces différentes structures hybrides sera précisée par l’utilisation combinée de la diffraction des rayons X, de DSC et de la mesure des temps de relaxation des protons (RMN de l’état solide). Sur la base de ces schémas structuraux, les mouvements segmentaires impliqués dans la transition vitreuse des chaînes de POP seront ensuite décrits à l’aide de différents types d’expériences de RMN du carbone 13. Les approches utilisées permettent en particulier de mettre en évidence d’importantes hétérogénéités de la dynamique locale le long des chaînes de POP. Des expériences complémentaires de RMN 1H à très haute vitesse de rotation à l’angle magique (corrélations 1H-1H MAS/CRAMPS notamment) permettront de caractériser, de manière sélective, la mobilité des segments de chaînes de POP au voisinage proche des cages inorganiques. L’allure du gradient de mobilité induit par ces cages Si8O12 sur la mobilité des chaînes de POP interfaciales sera décrite semi-quantitativement et la portée de l’effet des cages POSS sur la dynamique segmentaire (longueur caractéristique) sera précisée.

Figure 1. Variation de la dynamique segmentaire de segments de chaînes de POP au voisinage de molécules POSS, en fonction de la distance comptée depuis la charge.