Les mélanges de polymères ouvrent une importante voie à l’obtention de nouveaux matériaux dont les propriétés peuvent être très différentes de celles de chacun des constituants des mélanges. La plupart des polymères sont immiscibles. Ainsi leurs mélanges constituent des phases distinctes et les propriétés de ces mélanges sont souvent médiocres. Afin de relever ce défi, copolymères à bloc ou greffés synthétisés séparément ou générés in-situ lors du procédé de mélanges sont souvent utilisés en tant que agents compatibilisants. Beaucoup d’études ont porté sur l’efficacité de compatibilisation de copolymères à bloc et peu d’études sur celle de copolymères greffés, en partie en raison des difficultés dans le contrôle de leurs structures moléculaires. Cette thèse porte sur l’étude de l’efficacité d’émulsification de copolymères greffés. Elle est composée de trois parties : (1) développement d’un nouveau procédé d’extrusion réactive pour la synthèse de copolymères greffés avec polystyrène (PS) comme squelette et polyamide 6 (PA6) comme greffons ; (2) efficacité d’émulsification du copolymère greffé, PS-g-PA6 pour les mélanges à base de PS et PA6 ; et (3) développement d’un nouveau concept dit d’agent émulsifiant – traceur / Polymer blending offers an important route to new materials with combinations of properties not available in constituent polymers. Most polymer pairs are immiscible, leading to phase separation at equilibrium and yield a material with poor properties. To address this challenge, block or graft copolymers pre-made or generated in-situ by reactive blending are often used as compatibilizers. Most studies are focused on the compatibilizing efficiency of block copolymers and few studies address that of graft copolymers, partly because of difficulties of controlling their molecular structures.This thesis is devoted to the study of the emulsification efficiency of graft copolymers. It is composed of three parts: (1) development of a novel reactive extrusion process for synthesizing graft copolymers with polystyrene (PS) as backbone and polyamide 6 (PA6) as grafts; (2) emulsification efficiency of PS-g-PA6 graft copolymers for PS/PA6 blends; and (3) concept of emulsifier- tracer

De nos jours, des fibres et films photochromiques sont tournés vers le développement des matériaux intelligent qui sont appliqués pour évaluer, signaliser et réagir à un changement de couleur et de spectre d’absorbance. Dans ce travail, l’activité photochromique de six différents types commerciaux de polyuréthane contenant de petites quantités de spiropyrane [1-hexyle-3,3-diméthyle-6'-nitrospiro (indoline-2',2'-benzopyrane)] a été étudiée. Les effets d'épaisseur du film, du temps d'irradiation, et de la concentration en SP sur la réponse photochromique des films de PU/SP ont été étudiés et également leurs interactions. En outre, le comportement photochromique de ces films sous étirement et leurs cinétiques de décoloration ont été abordés. La cinétique et la caractérisation des systèmes photochromiques de spiropyrane incorporé dans le polyuréthane et irradié avec la lumière monochromatique ont été modélisées. Les modèles obtenus peuvent être correctement appliqués dans tous les cas (avec et sans irradiation, avec et sans étirement), en particulier pour tous les rapports massique de SP et pour toute l’épaisseur de film. Le comportement mécanique des polyuréthanes et sa relation avec leurs propriétés photochromiques ont été étudiés et modélisées. Ce modèle est capable de déterminer le taux d’étirement qui peut être traduit en compression locale à partir de quatre mesures photochromiques, et ceci ouvre la porte à des applications potentielles. Un intérêt particulier dans ce contexte, peut être porté aux textiles utilisés pour des applications biomédicales, y compris les bas de contention destinés à empêcher ou traiter la thrombose profonde des veines. Une autre application possible est le développement récent de l'habillement sportif pour améliorer la récupération après des efforts violents / Nowadays, photochromic fibers and films are turned towards the development of intelligent “smart” materials which are applied to evaluate, signalize and react to a change in color and absorbance spectra. In this work, the photochromic activity of six commercial grades of polyurethane that contains small quantities of spiropyran [1-hexyle-3,3-diméthyle-6'-nitrospiro (indoline-2',2'-benzopyran)] has been studied. The effects of film thickness, irradiation time, and SP concentration on the photochromic response of PU/SP films have been studied and also their couplings. Furthermore, the photochromic behaviors of these films under stretching and their decoloration kinetics have been investigated. The kinetics and characterization of the photochromic system of spiropyran incorporated into polyurethane and irradiated with monochromatic light was modeled. The obtained models can be correctly applied in all cases (with and without irradiation, with and without stretching), in particular for all SP mass ratios and for all film thickness. The mechanical behavior of polyurethanes and its relation with the photochromic properties is studied and modeled. This model has the capability to determine the stretching ratio which can be translate to the local compression by employing only four photochromic measurements and this open the way for a wide range of potential applications. Of particular interest in this context are the textiles used for biomedical applications, including graduated compression stockings for preventing or treating deep vein thrombosis. Another related application is the recent development of special sport clothing for improving recovery after strong efforts

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Depuis de nombreuses années des chercheurs imitent le vivant afin d'obtenir des systèmes capables de s'adapter à des environnements de plus en plus complexes. Aujourd'hui aucune des technologies classiques n'est capable de rivaliser complètement avec le fonctionnement d'un muscle. L'objectif de ce travail est de synthétiser et d'intégrer une nouvelle génération d'actionneurs-capteurs à base de réseaux interpénétrés de polymères conducteurs dans des systèmes de perceptions biomimétiques. Nous avons tout d'abord réalisé la synthèse et la caractérisation d'une nouvelle matrice hôte à base de réseaux interprétés de polymères (RIP) combinant de bonnes propriétés mécaniques du caoutchouc nitrile (NBR) et de conductivités ioniques du poly (oxyde d'éthylène). Nous avons ensuite incorporé dans cette matrice hôte un polymère conducteur électronique, le poly (3,4-éthylènedioxythiophène), par polymérisation in situ. Nous avons caractérisé les effets de différents paramètres de synthèse sur la localisation et la morphologie du polymère conducteur au sein de la matrice. Puis nous avons caractérisé les propriétés d'actionneurs et de capteurs de ces matériaux électroactifs. Enfin nous avons réalisé l'intégration de ces matériaux dans deux prototypes de systèmes de perceptions biomimétiques, le premier tactile imitant les vibrisses du rat et le deuxième visuel imitant les muscles oculomoteurs. Finalement, nous concluons que les propriétés et performances de cette nouvelle génération d'actionneurs-capteurs permettent leurs intégrations dans des systèmes de perceptions spécifiques pouvant être utilisés sur un robot mobile. / For many years researchers mimic the living in order to obtain systems that can adapt to complex environments. Today no conventional technology is able to fully compete with the functioning of a muscle. The objective of this work is to synthesize and integrate a new generation of actuators and sensors based on interpenetrating polymer networks of conductive polymers in biomimetic perceptions systems. We first carried out the synthesis and characterization of a novel host matrix based on interpreted polymer networks (IPN) combining good mechanical properties of nitrile rubber (NBR) and ionic conductivities of poly(ethylene oxide ) (PEO). Then, We incorporated into this host matrix an electronically conductive polymer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), by in situ polymerization. We characterized the effects of various synthesis parameters on the location and morphology of the electrically conductive polymer within the matrix. Then, we characterized the actuation and sensing properties of these électroactive materials. Finally, we completed the integration of these materials into two prototypes of biomimetic perceptions. The first one tactile is imitating and emulating tactile perception of the rat vibrissae. The second one visual is imitating the extraocular muscles. Finally, we conclude that properties and performances of this new generation of sensor-actuators allow their integration into specific perception system that can be used on a mobile robot.

Cette thèse vise à la production de poudre de polymère par un procédé continu, en une seule étape et supprimant l'utilisation des solvants organiques en faveur de celle du CO2 supercritique. Avant de développer le procédé, une caractérisation du mélange CO2/polymère a été effectuée. Des mesures de solubilité, de gonflement et de coefficient de diffusion du CO2 ont été réalisées et représentées par différents modèles. De plus, une technique de rhéologie capillaire en ligne a été développée, permettant la mesure de viscosité du polymère, seul ou en mélange, avec le CO2 dans les conditions du procédé. Un montage batch a ensuite permis de tester l'influence des paramètres opératoires sur de faibles quantités. Parallèlement, le procédé continu a été étudié sur une extrudeuse équipée d'outils de mélange du CO2 dans le polymère fondu. L'efficacité et l'homogénéité du mélange ont été étudiées à travers la fabrication de mousses de polymères et la réalisation de distributions de temps de séjour par spectroscopie Raman en ligne. L'ajout d'un dispositif de pulvérisation spécifique a conduit à l'obtention de poudres d'aspect fibreux avec deux populations de tailles. / Polymer powders are widely used in industry and are traditionally manufactured by processes using organic solvent or by grinding low molecular weight polymers with a post-polymerization step. This thesis aimss at the generation of polymer powders with a single-step continuous process, based on the use of supercritical CO2, hence without organic solvent. Before developing this process, the characterization of the mixture CO2/polymer was done. Solubility measurements were carried out and fitted with the Sanchez-Lacombe equation of state. Moreover, a capillary rheometry technique was implemented on-line, allowing the measurement of the viscosity of the polymer alone or in mixture with CO2, under process conditions. The modeling of swelling as a function of time led to the evaluation of the diffusion coefficient of CO2 into the polymer. Afterwards, two experimental devices were designed. A batch process with a pressurized autoclave was used to determine the influence of experimental parameters on powder production, with small amounts of material. Formation of small fibrous particles was obtained. In parallel, the continuous process was studied on an extruder adapted to CO2 introduction and equipped with mixing devices. This study, which led to foam manufacture, was used to evaluate efficiency and homogeneity of the mixing. Residence time distributions were determined by Raman spectroscopy on the die in order to evaluate the flowing in the extruder under different conditions. The equipment was also fitted with a specific nozzle allowing co-injection of hot air. Production of fibrous particles with two different size ranges was obtained.

Le but de la thèse est de comprendre les mécanismes de localisation de particules (on parle de charges) dans des mélanges de polymères immiscibles. Ces travaux montrent que la localisation des charges de noir de carbone dans un mélange polypropylène (PP)/ poly-ε-caprolactone (PCL) est dominée par le rapport de viscosités et non par des paramètres thermodynamiques (liés au mouillage de la particule). La localisation des charges est expliquée par la compétition des forces de drainage visqueux s’exerçant sur les particules à l’interface. Le mécanisme de transfert des charges est mis en évidence par observation de la relaxation de gouttes de PCL chargées immergées dans une matrice PP. Le transfert se produit par un nouveau mécanisme, appelé « zip flow », qui consiste à l’érosion des gouttes au niveau des pointes. La maîtrise des différents paramètres étudiés permet de localiser les particules sélectivement à l’interface et d’obtenir des propriétés de conductivité à faible taux de charges. / The aim of this work is to understand mechanisms responsible for particles localisation in immiscible polymer blends. This study shows that carbon-black fillers localisation in polypropylene (PP)/ poly-ε-caprolactone (PCL) blends is strongly influenced by the viscosity ratio (rather than thermodynamic parameters through the wetting coefficient). The localisation of the fillers is explained by a competition of hydrodynamic forces applied on particles localised at the interface. The transfer of fillers is investigated at the droplet scale by observation of the relaxation of CB-filled PCL droplets suspended in PP matrix. CB particles are transferred from the PCL droplet to the PP matrix by a new mechanism, called “zip flow”, which involves the erosion of the droplet edges, leading to the extraction of particles localised there. The control of these parameters allows to localize fillers selectively at the interface and to reduce significantly the electrical percolation threshold.

L'objectif de ce travail de thèse est de fournir une étude systématique et détaillée des propriétés de mélanges de PLA et de PHA préparés à l'état fondu. En particulier, le comportement rhéologique, la miscibilité, la morphologie, les propriétés mécaniques et l'influence du vieillissement physique sur les propriétés en traction des mélanges PLA/PHBV réalisés en mélangeur interne et par extrusion bi-vis sur toute la gamme de composition ont été étudiés.La sensibilité du PHBV à la dégradation thermique a été mise en évidence, ainsi que l'importance des interfaces entre le PLA et le PHBV sur le comportement rhéologique aux basses fréquences. Les analyses de calorimétrie différentielle à balayage ont montré l'immiscibilité des deux polymères. Deux types de morphologies distinctes (nodulaire et co-continue) selon la composition de mélange ont été observées par microscopie électronique à balayage et microscopie optique en réflexion. La résistance au choc des mélanges PLA/PHBV avec et sans modifiant choc a été étudiée et les propriétés en traction de différents mélanges de PLA avec du PHBV, du Lotader GMA ou du PBAT ont été caractérisées. L'ajout d'une faible quantité de phase dispersée dans la matrice de PLA, initialement fragile, permet d'augmenter considérablement son allongement à la rupture. Cependant, les propriétés ductiles obtenues diminuent avec le temps écoulé entre la mise en forme des échantillons et leur test mécanique. Une étude de l'influence du vieillissement physique sur les propriétés des mélanges à base de PLA a donc été réalisée et un modèle qualitatif a été proposé. / The objective of this PhD work is to provide a systematic and detailed study of the properties of PLA and PHA blends prepared by melt mixing. In particular, the rheological behaviour, the miscibility, the morphology, the mechanical properties and the influence of physical aging on the tensile properties of PLA/PHBV blends prepared in an internal mixer and by twin screw extrusion over the entire composition range were studied.The sensibility of PHBV to thermal degradation was highlighted, as well as the importance of the interfaces between PLA and PHBV on the rheological behaviour at low frequencies. The differential scanning calorimetry showed that the two polymers are immiscible. Two different types of morphologies (nodular and co-continuous) depending on blend composition have been observed by scanning electron microscopy and optical microscopy in reflection. The impact resistance of the PLA/PHBV blends with or without impact modifier was studied and the tensile properties of different blends containing PLA blended with PHBV, Lotader GMA, or PBAT were characterised. The addition of a small amount of dispersed phase in the initially brittle PLA matrix increases considerably its elongation at break. However, the obtained ductile properties decrease as the time between preparation of samples and their mechanical testing increases. A study of the influence of physical aging on the properties of PLA based blends was conducted and a qualitative model was proposed.