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Synthèse, structure et propriétés d’hydrogels hybrides à base de polymères et de silicates
Nous présentons la synthèse et la caractérisation d’hydrogels hybrides de poly(N,N-diméthylacrylamide)(PDMA) et de poly(acide acrylique) (PAA) transparents et purement élastiques gonflés par des solutions de silicates de potassium. Les propriétés des parties organiques et inorganiques de ces systèmes sont gouvernées par de nombreux paramètres. Une approche en 4 étapes est proposée pour identifier les phénomènes contrôlant les
relations structure propriétés.
L’étude des propriétés mécaniques (compression, fluage) et thermodynamiques (gonflement) des gels de PDMA et PAA synthétisés dans l’eau a permis, par comparaison avec le modèle du réseau fantôme, l’identification des défauts topologiques dans les structures des gels et le calcul de leurs proportions ; celles-ci étant plus élevées pour des gels de PAA.
L’introduction de KOH dans les milieux de synthèse a permis de mettre en évidence les principales conséquences sur la structure et les propriétés des hydrogels : une dégradation chimique des monomères entrainant une diminution des modules élastiques et une variation des quantités de défauts topologiques dans les
réseaux.
Des gels préparés en présence de particules de silice colloïdales ont été étudiés. Pour le PDMA, nous avons
vérifié l’adsorption des chaines polymères à la surface de la silice et caractérisé son impact sur les propriétés
mécaniques. Dans le cas du PAA, aucun gel transparent n’a été obtenu.
Enfin, des gels transparents PAA/silicates ont été obtenus par polymérisation et dissolution de silice
simultanées. Ils présentent des propriétés purement élastiques contrôlées par la concentration en PAA et la
compétition en milieu basique entre dissolution de la silice et dégradation chimique des molécules organiques.