Suite aux restrictions réalisées par les Nations Unies et la Communauté Européenne concernant certains retardateurs de flammes halogénés, la demande actuelle du marché tend à se diriger vers des composés non halogénés, tels que les retardateurs de flammes phosphorés. Il est cependant nécessaire d’utiliser des taux de charges élevés pour obtenir des propriétés de résistance au feu intéressantes, ce qui entraîne une chute des propriétés mécaniques. Cela nous a amené à combiner une partie des composés phosphorés par des oxydes métalliques nanométriques, connus pour leur capacité à améliorer la stabilité du poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA).Nous avons, dans un premier temps, étudié l’effet des nanoparticules (dioxyde de titane, alumine et boehmite) sur la diffusivité thermique du PMMA, permettant de mettre en évidence un mode d’action de ces additifs lors de la dégradation thermique du PMMA. Une partie de ces charges ont été, dans un deuxième temps, substituées par deux retardateurs de flammes phosphorés et azotés : le polyphosphate d’ammonium (APP) et le polyphosphate de mélamine (MPP). Dans les systèmes ternaires obtenus (APP/MPP/oxyde métallique), les propriétés de résistance au feu et de stabilité thermique ont été étudiées, ainsi que les mécanismes mis en jeu lors de la combustion. Les phases condensée et gazeuse ont été analysées à cet effet / Following the restrictions made by the United Nations and the European Community on certain halogenated flame-retardants, the current market demand tends to move towards non-halogenated compounds such as phosphorous flame-retardants. However, it is necessary to use high amounts of material for reaching interesting fire resistance properties, resulting in a drop of mechanical properties. This led us to combine a part of the phosphorous compounds with nanoscale metal oxides, known for their ability to improve the stability of poly (methyl methacrylate) (PMMA).We have first studied the effect of nanoparticles (titanium dioxide, alumina and boehmite) on the thermal diffusivity of PMMA, in order to highlight a mode of action of these additives during the thermal degradation of PMMA. A part of these metal oxides have then been substituted by two flame-retardants based on phosphorus and nitrogen: ammonium polyphosphate (APP) and melamine polyphosphate (MPP). In the obtained ternary systems (APP/MPP/metal oxide), the properties of fire resistance and thermal stability were studied and also the mechanisms involved in the degradation. Gaseous and condensed phases have been analyzed for this purpose

L'ajout de superplastifiants (SP) dans les ciments est utilisé pour améliorer la mise en œuvre du matériau. Les SP que nous étudions sont des polyélectrolytes anioniques, et plus précisément des polyméthacrylates greffés PEO. Il a été observé qu'une partie de ces SP est immobilisée dans une des premières phases résultant de l'hydratation du ciment : la phase OH-AFm, issue de l'hydratation de l'aluminate tricalcique (C3A). Ces phases appartiennent aux hydroxydes doubles lamellaires dont les feuillets sont chargés positivement et l'espace interfoliaire contient des espèces anioniques. Nous nous intéressons, à l'interaction entre les phases OH-AFm et ces SP, dont la longueur des greffons et le taux de greffage varient. Nous avons prouvé l'intercalation des SP par DRX et RMN dans la phase AFm. La conformation des SP entre les feuillets peut être décrite à partir de l'adaptation d'un modèle de conformation en solution sous forme de chaînes de blobs, élaboré par de Gennes. Des mesures de rayon de giration des polymères en solution saturée en calcium, par diffusion de neutrons aux petits angles, ont permis de valider le modèle des blobs en solution. Nous avons suivi la vitesse de sorption des SP, réalisé des isothermes et étudié la stabilité de la phase SP-AFm vis-à-vis des sulfates, présents en quantité dans les ciments. Indépendamment de leurs caractéristiques, les SP sont fixés à la même vitesse par la phase AFm. Au maximum des isothermes, un SP compense d'autant mieux les charges du feuillet que sa densité de charge est élevée. La phase SP-AFm est plus stable que la phase OH-AFm, mais la présence de sulfates entraîne une libération retardée sur plusieurs heures du SP en solution. L'hydratation du C3A en présence de polymère mène à une structure similaire à celle des phases modèles que nous avons étudiées et les interactions SP-AFm peuvent donc être considérées comme identiques.

Ce travail concerne l'étude du comportement rhéologique de nanocomposites modèles à base de Laponite dans du polyoxyde d'éthylène ou des mélanges polyoxyde d'éthylène avec du polyméthacrylate de méthyle. L'influence des paramètres moléculaires, masse molaire de la matrice et mode de protection des particules sur les propriétés rhéologiques a été étudiée. La meilleure dispersion est obtenue à partir d'une solution, la dilution d'un mélange maître conduisant à des matériaux hétérogènes. Les mélanges POE/PMMA sont compatibles à l'état fondu dans toute la gamme de concentrations mais hétérogènes à température ambiante au-dessus de 30% en poids de particules. En diluant un mélange Laponite/PEO dans le PMMA, nous avons montré que ces domaines se concentrent en particules en dessous de 30% de PEO et qu'une cocontinuité de phases PEO contenant les particules et PMMA essentiellement pur est formée au-dessus de 30% de PEO. La présence des particules diminue fortement la cristallinité.

Cette étude porte sur l'application de la réaction de Diels-Alder dans la synthèse de réseaux polymères thermoréversibles ainsi que la compatibilisation de mélanges de polymères initialement immiscibles. Les polymères étudiés ne sont autres que le polyméthacrylate de méthyle et le polyuréthane. Les réseaux thermoréversibles sont obtenus par réaction de Diels-Alder faisant intervenir le couple furanne-maléimide. Les polymères fonctionnalisés furanne ou maléimide sont obtenus soit par modification chimique d'un polymère commercial (cas du PMMA) soit par réaction de polyaddition (cas du polyuréthane). Les réseaux sont ensuite obtenus par réaction de DA avec des agents de couplage maléimide (bis- ou tris-maléimide) pour les polymères fonctionnalisés furanne ou par réaction de DA avec des agents de couplage furanne pour les prépolymères fonctionnalisés maléimide. La thermo-réversibilité a été soulignée par DSC, par des tests de solubilité à chaud ainsi que par rhéologie. Des réseaux interpénétrés thermoréversibles PMMA/PU ont été également obtenu par Diels-Alder et ce grâce à la présence d'interaction supramoléculaire entre les deux phases.

Les nombreuses morphologies périodiques des copolymères blocs sont bien connues. L'immiscibilité des blocs de nature chimique différente conduit à une séparation de phases à l'échelle moléculaire. Cette caractéristique propose une voix intéressante pour la préparation de surfaces nano-structurées. La couche monomoléculaire du poly(acrylate de tert-butyle)-bloc-poly(méthacrylate de méthyle) déposée à l'interface air-eau produit une séparation de phases en deux dimensions qui donne lieu à une surface composée de domaines. La taille de ces domaines correspond aux dimensions moléculaires qui sont elles-mêmes reliées aux masses moléculaires des blocs. Cette structure est conservée lors du transfert de la monocouche sur un substrat solide par la technique de Langmuir-Blodgett et la morphologie peut donc être étudiée par la microscopie à force atomique (AFM). Nos recherches portent sur l'étude de la taille et de l'organisation de ces domaines dans les films monomoléculaires. Nous avons synthétisé le poly(acrylate de tert-butyle) et le poly(acrylate de tert-butyle)-bloc-poly(méthacrylate de méthyle) par polymérisation anionique afin d'obtenir des échantillons monodisperses de différentes masses molaires. Par la suite, la morphologie des films minces monomoléculaires est étudiée par la microscopie à force atomique. Les images de microscopie à force atomique montrent une structure périodique composée de domaines. Étonnamment, des images semblables sont obtenues pour les échantillons d'homopolymères. Une hypothèse envisagée est que l'utilisation d'a-méthyle styrène lors de l'initiation de la polymérisation pourrait donner un très pefit bloc poly(a-méthyle styrène) au début de la molécule et ainsi induire la formation de micelles. Des images AFM de nouveaux polymères synthétisés sans l'a-méthyle styrène ne montrent pas la présence de domaines. Donc, il n'y aurait pas, dans ce cas, présence de micelles de surfaces à l'interface air-eau.

Ce travail de thèse présente trois grands axes. Le premier axe traite de la synthèse de microsphères de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) encapsulant des absorbeurs d’UV organiques (UVA) et des piégeurs de radicaux (HALS) nécessaires à la protection UV des finitions. Le second axe étudie un système d’encapsulation stimuli-sensible pour la libération des stabilisateurs de lumière. Le dernier axe a pour but de comparer l’efficacité des deux systèmes par rapport à leur protection UV dans une application de finition claire acrylique extérieure pour le bois. Dans le premier axe, des microsphères de PMMA contenant des UVA et des HALS ont été synthétisées par la méthode de séparation de phase interne. Les microsphères ont été ajoutées à une résine claire destinée à des applications extérieures, puis appliquées sur du bois d’épinette blanche. Plusieurs formulations ont été réalisées avec des composés libres ou des composés encapsulés. Certaines contiennent des absorbeurs UV et HALS libres, ce qui est comparable aux formulations commerciales disponibles sur le marché présentement, d’autres possèdent plusieurs concentrations différentes en composés encapsulés. La performance des finitions a été évaluée après un vieillissement artificiel. La comparaison permet d’évaluer l’utilité de microsphères avec des stabiliseurs UV dans des finitions claires extérieures pour le bois. Une bonne résistance des finitions contre les UV se traduit par une bonne tenue esthétique de la finition et du bois, un faible changement de couleur du bois ainsi qu’une faible dégradation chimique. Les analyses telles que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), la microscopie électronique à transmission (MET) et la colorimétrie ont permis d’obtenir les résultats. Dans le second axe, le système est amélioré de façon à le rendre sensible à l’intensité lumineuse. L’utilisation d’un polymère changeant de conformation suivant le rayonnement peut permettre d’optimiser la libération des stabiliseurs UV. Le poly(1-(4-(3-carboxy-4-hydroxyphényl-azo)benzènesulfonamido)-1 ,2-éthanediyl) ou (PAZO) est additionné sur des supports en CaCO3 contenant les stabiliseurs UV. L’encapsulation des composés se fait par coprécipitation de carbonate de sodium (Na2CO3) et de chlorure de calcium (CaCl2). L’assemblage couche par couche permet de déposer des polymères chargés sur le support. Le PAZO est déposé après une couche de chlorure de poly(diallyldiméthylammonium) (PDADMAC). Les particules obtenues sont ajoutées à une formulation de finition claire complète. Les échantillons ont été placés en chambre de vieillissement accéléré. L’encapsulation a été démonté par spectrométrie photoélectronique des rayons X (XPS), MET et par analyse thermogravimétrique (TGA). La transition du polymère PAZO a été observée par colorimétrie. Dans le dernier axe, les deux systèmes ont été comparés en utilisation dans des finitions claires. Les films secs ont été placés en chambre de vieillissement artificiel pour tester leur efficacité. Après 1000 h de vieillissement artificiel, les films sont analysés et comparés au film initial. La technique d’imagerie en spectroscopie Raman permet de visualiser la distribution des protecteurs UV libres. L’analyse mécanique dynamique (DMA) a permis de calculer les modules mécaniques ainsi que la température de transition vitreuse (Tg) des films étudiés. Le dernier axe permet de relier la distribution des protecteurs UV et l’efficacité de protection du film. / The work presented in this thesis is divided in three research axis. The first axis regards the poly(methyl methacrylate) (PMMA) microspheres synthesis containing UV absorbers (UVA) and hindered amine light stabilizers (HALS). UVA and HALS work synergistically to prevent UV degradation in coatings. The second axis studies the synthesis of stimuli-sensitive encapsulation system for the tailored release of the UV stabilizers. The last axis compares the system efficiency in the case of UV protection for clear coat for exterior wood. In the first axis, PMMA microspheres with UVA and HALS were synthesized by the internal phase separation method. Microspheres are added to an exterior clear coat binder then applied onto white spruce panels. Some formulations are realized. Some contains free UVA and HALS similar to commercial paint and others have different concentrations in encapsulated compounds. Paint performance is evaluated after accelerated weathering. The comparison of formulations allow the evaluation of the efficiency of encapsulation of UV stabilizers inside the wood clear coat. The performance of coating consists on a good aesthetic resistance, a small color change and low chemical degradation. Obtained results are based on analysis with FTIR, TEM and colorimetry. In the second axis, the release of UVA is improved by the UV sensitive polymer. This polymer is able to change its own molecular conformation under UV rays. The poly(1-(4-(3-carboxy-4-hydroxyphenyl-azo)benzenesulfonamido)-1,2 -ethanediyl) or (PAZO) is deposited onto CaCO3 templates containing UVA encapsulated. The encapsulation is done by coprecipitation of Na2CO3 and CaCl2.The layer by layer allow the deposition of charged polymers. PAZO is adsorbed after a layer of poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDADMAC). The obtained particles are added to a complete clear coat formulation. Samples are placed in an accelerated weathering chamber. The encapsulation is proved by analysis techniques of XPS, TEM and TGA. Polymer PAZO transition is observed by colorimetry. In the last axis of this work, the two encapsulation systems are compared using encapsulated UV stabilizers inside a formulation of wood clear coat. Dried films are placed in accelerated weathering chamber in order to test their efficiency. After 1000 h of artificial weathering, films are analyzed and compared to the initial state. The mapping Raman technique allows to visualize the free UV stabilizers distribution inside the dried film. DMA calculate mechanical modulus and Tg of studied films. This last axis allows to connect distribution of UV protectors and efficiency of coating protection.

Le travail présenté dans ce mémoire traite le comportement électrique et rhéologique de systèmes immiscibles polypropylène/polyméthacrylate de méthyle (PP/PMMA) chargés avec des nanotubes de carbone multi-parois (MWCNT). Les principaux travaux et résultats sont : a) La préparation des mélanges avec différentes concentrations de PP et PMMA en optimisant les paramètres de mise en œuvre. Les images de microscopie électronique à balayage (MEB), ainsi que les résultats obtenus par la méthode d'extraction sélective du PMMA par le chloroforme, montrent la création d'une morphologie co-continue à un pourcentage massique de 60% PP et 40% PMMA. b) Différentes concentrations massiques de MWCNT ont été introduites dans le mélange optimisé afin de créer un composite conducteur. Un calcul thermodynamique a été fait pour déterminer la localisation des MWCNT qui construisent un réseau conducteur. Ce calcul montre la présence des MWCNT à l'interface PP/PMMA. c) Une conception et une optimisation a été réalisée sur une nouvelle configuration pour suivre simultanément l'évolution de la conductivité électrique et les paramètres rhéologiques. d) Des mesures de résistivité électrique à température ambiante et à 200° C ont été effectuées.On a atteint le seuil de percolation électrique de notre système PP/PMMA avec des concentrations de MWCNT beaucoup plus faible (0,5% MWCNT) par rapport au système PP/MWCNT. Ceci est expliqué parla morphologie co-continue des deux phases polymères et la présence de charges localisées à l'interface. e) Des mesures électrique et rhéologique simultanées ont été effectuées à200° C. On a trouvé que la conductivité électrique de mélange est affectée par un balayage de déformation. Pour de faibles valeurs de déformations, une amélioration de la conductivité a été observée pour les concentrations au-dessus du seuil de percolation. Cette variation devient moins importante pour des valeurs plus élevées. Pour de grandes déformations, une diminution de la conductivité électrique a été observée à partir d'une valeur critique de déformation.

Cette étude porte sur l’application de la réaction de Diels-Alder dans la synthèse de réseaux polymères thermoréversibles ainsi que la compatibilisation de mélanges de polymères initialement immiscibles. Les polymères étudiés ne sont autres que le polyméthacrylate de méthyle et le polyuréthane. Les réseaux thermoréversibles sont obtenus par réaction de Diels-Alder faisant intervenir le couple furanne-maléimide. Les polymères fonctionnalisés furanne ou maléimide sont obtenus soit par modification chimique d’un polymère commercial (cas du PMMA) soit par réaction de polyaddition (cas du polyuréthane). Les réseaux sont ensuite obtenus par réaction de DA avec des agents de couplage maléimide (bis- ou tris-maléimide) pour les polymères fonctionnalisés furanne ou par réaction de DA avec des agents de couplage furanne pour les prépolymères fonctionnalisés maléimide. La thermo-réversibilité a été soulignée par DSC, par des tests de solubilité à chaud ainsi que par rhéologie. Des réseaux interpénétrés thermoréversibles PMMA/PU ont été également obtenu par Diels-Alder et ce grâce à la présence d’interaction supramoléculaire entre les deux phases. / This study focuses on the application of the Diels-Alder reaction in the synthesis of thermoreversible polymer networks and compatibilization of immiscible polymer blends. The studied polymers are polymethyl methacrylate and polyurethane. Thermoreversible networks were obtained by a Diels-Alder involving furan-maleimide couple. The furan or maleimide functionalized polymers were obtained either by chemical modification of a commercial polymer (case of PMMA) or by polyaddition reaction (case of polyurethane). Networks were then obtained by DA reaction with maleimide coupling agents (bis-or tris-maleimide) for furan functionalized polymers or DA reaction with furan coupling agents for maleimide functionalized prepolymers. The thermoreversibility was highlighted by DSC, solubility tests (at high temperature) as well as rheology. Thermoreversible interpenetrating PMMA/PU networks were also obtained by Diels-Alder reaction and this is due to the presence of supramolecular interaction between the two phases

L'objectif de ces travaux était de mettre au point des vecteurs de diffusion efficaces du thymol pour lutter contre un acarien parasite des abeilles. Le choix s'est porté sur la formation de nano-objets par émulsification spontanée pouvant libérer efficacement du thymol grâce à leur grande surface spécifique. L'émulsification spontanée par « effet Ouzo » a été choisie en raison de (i) la simplicité du procédé nécessaire pour son application par les apiculteurs et de (ii) la possibilité de former une grande diversité de nano-objets. L'émulsification spontanée par effet Ouzo a tout d'abord été étudiée fondamentalement avec un polymère (nanoprécipitation), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), pour s'affranchir des phénomènes déstabilisants typiques des émulsions tels que le mûrissement d'Ostwald et la coalescence. Cette étude a permis de définir clairement les compositions du système PMMA/solvant/eau pour lesquelles la nanoprécipitation du PMMA induit la formation exclusive de nanoparticules de distribution de taille étroite (zone Ouzo) ou la formation de nanoparticules additionnées de macroparticules (zone non-Ouzo), séparées par la limite Ouzo. Deux mécanismes de formation des nanoparticules ont été déduits suivant la sursaturation du PMMA (nucléation et croissance ou nucléation et agrégation). L'influence des stabilisants a montré l'importance de l'adsorption des ions OH- sur la taille des nanoparticules et sur le déplacement de la limite Ouzo alors que seule la stabilité colloïdale est améliorée avec l'ajout de tensioactifs. Cette étude fondamentale a servi de base pour la formation des nanogouttelettes de thymol et des nanocapsules thymol-PVA réticulé et thymol-PMMA par effet Ouzo. Des nanoparticules thymol-PVP ont également été formées par complexation de la poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) en milieu aqueux. Ces nano-objets de thymol ont été testés sur des ruches infestées pour déterminer leur efficacité d'éradication de l'acarien Varroa Destructor. / The objective of this work dealt with setting up efficient thymol diffusion vectors to fight against a bee mite, the Varroa Destructor. The formation of nano-objects by spontaneous emulsification was investigated because they provide large specific area to enhance thymol evaporation. Spontaneous emulsification by so-called Ouzo effect was chosen because of (i) the simplicity of the process necessary for the transfer to beekeepers and (ii) the great diversity of nano-objects morphologies which can be designed. Spontaneous emulsification by Ouzo effect was first studied fundamentally with a polymer (nanoprecipitation), the poly(methyl methacrylate) (PMMA), in order to avoid typical emulsion destabilizing phenomena such as Ostwald ripening and coalescence. This study enabled to clearly define the PMMA/solvent/water system compositions for which PMMA nanoprecipitation induces only formation of nanoparticles with a narrow size distribution (Ouzo domain) or formation of microparticles besides nanoparticles (non-Ouzo domain), separated by the Ouzo boundary. Two nanoparticles formation mechanisms were deduced with respect to the supersaturation of PMMA (nucleation and growth or nucleation and aggregation). Stabilizers influence set off the importance of OH- ions adsorption on nanoparticles size and on Ouzo boundary shifting whereas only colloidal stability is improved through surfactant addition. This fundamental study laid down basis for thymol nanodroplets and for thymol-cross linked PVA and thymol-PMMA nanocapsules formation by Ouzo effect. Thymol-PVP nanoparticles were also prepared by poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) complexation in aqueous medium. These thymol nano-objects were tested on infested beehives to determine their efficiency to eradicate the Varroa Destructor mite.

Ce travail concerne l'étude du comportement rhéologique de nanocomposites modèles à base de Laponite dans du polyoxyde d'éthylène ou des mélanges polyoxyde d'éthylène avec du polyméthacrylate de méthyle. L'influence des paramètres moléculaires, masse molaire de la matrice et mode de protection des particules sur les propriétés rhéologiques a été étudiée. La meilleure dispersion est obtenue à partir d'une solution, la dilution d'un mélange maître conduisant à des matériaux hétérogènes. Les mélanges POE/PMMA sont compatibles à l'état fondu dans toute la gamme de concentrations mais hétérogènes à température ambiante au-dessus de 30% en poids de particules. En diluant un mélange Laponite/PEO dans le PMMA, nous avons montré que ces domaines se concentrent en particules en dessous de 30% de PEO et qu'une cocontinuité de phases PEO contenant les particules et PMMA essentiellement pur est formée au-dessus de 30% de PEO. La présence des particules diminue fortement la cristallinité. / This study concerns model nanocomposites based on Laponite and polyethylene oxide, alone or blended with polymethylmethacrylate. We studied the influence of the parameters on rheological properties of model PEO/Laponite nanocomposites such as matrix molecular weight, preparation method. The best dispersion state of the particles is obtained from solution. Melt dispersion leads to a low frequency modulus which depends on the length and grafting density of the particles. Heterogeneous materials are obtained from melt dispersion of a master batch. PMMA/PEO blends appear to be homogeneous at room temperature only for PEO concentration less than 30wt%. Laponite particles are concentrated in small domains where most of PEO has been extracted. At higher concentrations of PEO, a continuous phase containing PEO and Laponite above percolation concentration is observed, leading to an elastic modulus at low frequency. The presence of Laponite decreases significantly the crystallinity of PEO.