L'objectif de cette étude consiste à polymériser le thiophène en ...

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Description

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Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université des Sciences et de la Technologie d'Oran ‹Mohammed BOUDIAF› Faculté des Sciences Département de Chimie Spécialité : Chimie Option : Matériaux Mixtes Mémoire de Magister Présenté par : Mme MAZIZ Karima Thème PHOTO ET THERMODEGRADATION DES NANOCOMPOSITES POLYTHIOPHENE/MONTMORILLONITE ORGANOMODIFIEE Soutenu le : /12 / 2010 Devant le jury composé de : Président Mr A.BEKKA Professeur USTO M.B Rapporteur Mme N.BENHARRATS Professeur USTO M.B Examinateur Mr S.

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Sujets

• Polythiophène
• Solubilité
• Montmorillonite

Informations

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• Langue: Français

Extrait

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université des Sciences et de la Technologie d’Oran
‹Mohammed BOUDIAF›

Faculté des Sciences
Département de Chimie

Spécialité : Chimie Option : Matériaux Mixtes


Mémoire de Magister


Présenté par : Mme MAZIZ Karima


Thème



PHOTO ET THERMODEGRADATION DES
NANOCOMPOSITES
POLYTHIOPHENE/MONTMORILLONITE
ORGANOMODIFIEE

Soutenu le : /12 / 2010

Devant le jury composé de :

Président Mr A.BEKKA Professeur USTO M.B
Rapporteur Mme N.BENHARRATS Professeur USTO M.B
Examinateur Mr S.OUALD KADA Professeur Univ ORAN
Examinateur Mr M.LOUNIS M C A USTO M.B
Invitée Mlle L.AOUINTI M C B USTO M.B I. Introduction générale
Matériaux aux propriétés mécaniques modulables, souvent faciles à mettre en forme et de coût de
revient généralement peu élevé, les polymères ont connu un développement fulgurant au cours du
XX e siècle, pour des applications de commodité. De nos jours, un grand nombre de systèmes
polymères, présentant des propriétés et des fonctions spécifiques sont développés pour la
conception de matériaux de spécialité à plus haute valeur ajoutée. Les polymères semi-
conducteurs font partie de cette catégorie. En 1977, A.J. Heeger, A.G. Mac Diarmid et H.
Shirakawa1,2 ont montré que le polyacétylène dopé pouvait atteindre des conductivités
électriques très élevées, recherche couronnée par le prix Nobel de chimie en 2000. Ces
découvertes scientifiques ont déclenché un vaste effort de recherche visant à optimiser la
synthèse de ces matériaux et à améliorer leurs propriétés de conduction [1] .
Les polymères et les oligomères conjugués se caractérisent par une grande rigidité et une
faible solubilité en milieu organique, liées à leur structure délocalisée et à leur aptitude à
s’agréger tant à l’état solide qu’en solution en raison d’interactions π interchaînes [2].
Le polythiophène (PTH) est particulièrement intéressant, étant donné son aptitude à passer
réversiblement d'un état isolant à un état conducteur. Ainsi ces applications sont nombreuses, il
peut être utilisé comme semi-conducteurs organiques, matériaux électroluminescents,
revêtements pour le blindage magnétique, matières actives de stockage d'énergie, dispositifs
électrochromes, senseurs…
Sa synthèse chimique est simple et peu coûteuse et donne des polymères sous forme de
poudres.
Les nanocomposites sont des complexes comportant des matériaux de différents types dans
lesquels la dimension de référence pour l’une des phases présentes est de l'ordre du nanomètre, ils
sont constitués d’une dispersion de nanofeuillets, le plus souvent des argiles, dans une matrice
polymère. [3]
Les principaux enjeux de l’élaboration des nanocomposites concernent l’exfoliation des
charges c’est à dire leur dispersion dans la matrice et la maîtrise de l’interaction charge-
polymère.[3]
Les polymères conducteurs électroniques ainsi que les nanocomposites à matrice
polymère conducteur sont pour la plupart instables dans le temps. Leur instabilité se traduit par
une diminution importante de leur conductivité électrique au cours du temps [4-5]. En raison du développement des domaines potentiels d'applications industrielles dont ils
font l'objet [6-7], nous avons choisi d'étudier le comportement électrique du polythiophène et des
nanocomposites à matrice polythiophène dans le temps en fonction de la température et des
radiations UV.
L’objectif de cette étude consiste en les synthèses et caractérisations de nanocomposites
polythiophène – montmorillonite organomodifiée et l’étude de la photo et thermodégradation de
ces échantillons. L’étude des échantillons est suivie par spectroscopie IR ; DRX ; MEB ; DSC.
Les variations de la conductivité électrique sont suivies par la méthode des quatre pointes.
Le premier chapitre est consacré à une revue bibliographique sur les argiles, les
nanocomposites, et aux méthodes de synthèse des nanocomposites à base de montmorillonite et
matrices polymériques.
Le deuxième chapitre est dédié à la description des polymères conducteurs et
particulièrement à celle du polythiophène.
Dans le troisième chapitre nous décrivons les protocoles de synthèse du polythiophène et des
nanoparticules de polythiophène obtenues par l’utilisation de deux tensioactifs (le bromure de
cétyltriméthyl amonium , le CTAB et le Bromure de DidocylDiméthyl-Ammonium DDAB) .
Le quatrième chapitre concerne les protocoles de synthèses et caractérisations des
nanocomposites polythiophène -montmorillonite organophile obtenus par polymérisation in situ.
Dans le cinquième et dernier chapitre, nous étudions les variations de la conductivité électrique
des polymères et des nanocomposites photodégradés par exposition aux rayons UV et
thermodégradés par exposition continue à certaines températures.
Enfin, dans la conclusion générale, nous faisons le bilan des résultats de ce travail et
présentons quelques perspectives.








Synthèses et Caractérisations du polythiophène

Synthèse des polymères : nous avons synthétisé le polythiophène (PTH) par oxydation
chimique du thiophène par le FeCl anhydre. Dans la synthèse des nanoparticules deux
3
surfactants cationiques sont utilisés, le CTAB (monochaîne) et le DDAB (bichaîne) afin
d’obtenir de meilleures conductivités électriques.
Tableau 01 : Rendements des réactions de polymérisation
Echantillons Rendement %
Polythiophéne 38 %
Polythiophéne-CTAB 48 %
Polythiophéne-DDAB 52.35 %

Tableau 02 : Test de solubilité des polymères
DMSO
Solvants THF (50°C) PYRIDINE(50°C) MELANGE
(50°C)
Polythiophéne insoluble insoluble insoluble Faiblement soluble
Pth-CTAB insoluble insoluble insoluble Moyennement soluble
Pth-DDAB insoluble insoluble insoluble Moyennement soluble

*Le mélange est obtenu à 50% en DMSO et 50% de pyridine (en volume)

II.1.1 Caractérisations des polymères synthétisés
II.1.1.1 Par spectroscopie IR
Les spectres IR enregistrés pour le polythiophène pur (PTH), PTH-CTAB, PTH-DDAB sont
présenté sur les figures 1, 2 respectivement.




Figure 1 : Spectre IR du polythiophène pur.


Figure 2: Spectres IR (a) polythiophène, nanoparticules de polythiophène (b :CTAB, c :DDAB)

Le spectre du PTH montre les bandes caractéristiques du polythiophène conformément à la
-1littérature. Nous retrouvons Les vibrations de C=C vers 1600 cm , les élongations des =C-H vers
-1 -13420 cm , les élongations des C-H aliphatiques vers 2970 et 1550 cm et les déformations le
-1des liaisons C-H vers 1100 et 1218 cm .
Les spectres des nanoparticules montrent en plus des bandes du PTH la présence des bandes
relatives aux tensioactifs. Nous remarquons surtout une diminution de la bande d’absorption de la
liaison C=C et une augmentation de la C-S-C pour les deux tensioactifs utilisés. Nous notons également un déplacement des bandes de vibrations des =C-H et des déformations
des C-H.
II.1.1.2 Diffraction des RX










Figure3 : Diffractogramme RX du polythiophène neutre, polythiophène-DDAB.
Les diffractogrammes du PTH et nanoparticules sont caractéristiques des polymères amorphes.
Les bandes sont larges et mal résolues nous observons cependant la présence d’un large pic
centré vers 22° caractéristique du PTH selon la littérature.

II.1.1.3 Microscopie Electronique à Balayage:
La figure 4a montre un profil fibreux pour le PTH tandis que sur la figure b nous remarquons
des agrégats de tailles variables.
La présence de tensioactifs dans le milieu réactio