Copolymères rigides-rigides: design, morphologie, cristallinité

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Le présent programme de recherche vise le design, la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux de polymères. Deux volets principaux sont développés. D’une part, des études seront centrées sur le contrôle de la cristallisation, crucial pour l’optimisation des propriétés finales des objets manufacturés, et viseront une meilleure compréhension de ce phénomène. D’autre part, certaines propriétés spécifiques (résistance thermique, mécanique et chimique par amélioration de la cristallinité, hydrophilicité, cristallisation et gélation par stimulus externe) sont recherchées, dans le cas de polymères à blocs éthercétones (PEK) et éthersulfones (PES).Certains polymères synthétisés pourront être étudiés en vue d’applications dans des membranes, répondant à des problèmes industriels et contribuant à la protection de l’environnement (capture de gaz carbonique, purification de l’eau, piles à combustible), au bien-être ou à la santé de la population (applications biomédicales) et au maintien de la compétitivité des industries canadiennes oeuvrant dans les créneaux de haute technologie. Notre approche est basée sur la synthèse de copolymères alternés comportant des blocs rigides cristallisables de faibles tailles (de une à dix unités de répétition de PES, PEK, aramides) alternant à intervalles réguliers avec de courts espaceurs (chaîne aliphatique de 4 à 10 méthylènes, groupement allyl, méta-, ortho- ou para-xylylène, azobenzène, etc..). Les propriétés sont modulées par incorporation de fonctionnalités au sein de ces espaceurs, ou par modification de la rigidité de l’espaceur. Divers aspects fondamentaux sont étudiés, tel le polymorphisme, les structures cristallines, la cristallisation, l’effet de l’encombrement sur le repliement des chaînes à l’interface cristallin-amorphe, la relation entre l’énergie impliquée dans les repliements de chaîne et la cinétique de cristallisation, et l’étude des connections moléculaires intercristallines (ou ‘tie-chains’). L’évolution de l’orientation en cours de cristallisation sera également l’objet d’une attention particulière, la spectroscopie infrarouge permettant de distinguer le bloc cristallisant du segment flexible formant la zone intercristalline et où se retrouvent les repliements de chaîne au sein de ces copolymères. Nos travaux combineront diverses approches expérimentales de synthèse (ADMET, polycondensation) et de caractérisation (incluant principalement la diffraction des rayons X, l’analyse enthalpique différentielle, les microcopies à force atomique et électronique à transmission, le dichroisme infrarouge, les mesures de propriétés mécaniques en traction et les mesures d’angles de contact d’un liquide sur un film de polymère) afin d’arriver à mieux comprendre la relation structure-propriété pour ces matériaux nouveaux, à apporter un éclairage différent sur les modèles de cristallisation des polymères et, à moyen terme, à optimiser les propriétés de ces matériaux en vue d’applications spécifiques.