Novel Conductive Polymer Blends

Cette thèse présente, pour la première fois, une étude complète des morphologies de contact interfacial (engloutissement complet) pour des mélanges ternaires, quaternaires et quinaires de polyaniline (PANI) avec quatre polymères commercialement disponibles : le polyéthylène à haute densité (HDPE), le polystyrène (PS), le poly(méthyl méthacrylate) (PMMA) et le polyfluorure de vinylidène (PVDF). La morphologie d'engloutissement complet est une structure dictée par la tension interfaciale et est thermodynamiquement prévisible selon la théorie d'étalement de Harkins. Ce type de microstructure est formé dans un mélange polymère ternaire quand un des coefficients d'étalement, tel que calculé par les tensions interfaciales des paires de polymères dans le système, a une valeur positive. L'extension aux systèmes quaternaires et quinaires de définitions thermodynamiques similaires mène à la prédiction et à la formation de mélanges à plusieurs composants ordonnés hiérarchiquement. Le contrôle de la composition des composants de tels systèmes ordonnés hiérarchiquement, dans le cas des mélanges binaires, ternaires, quaternaires et quinaires, permet de produire des structures à percolation multiple, dans lesquelles toutes les phases sont pleinement interconnectées et interpénétrées. Cette approche est utilisée pour atteindre l'objectif de ce travail de recherche qui est d'échafauder un ensemble de techniques pour réduire le seuil de percolation des composants dans les mélanges. Le seuil de percolation des phases est défini comme étant la formation de connectivité sur une longue distance dans un système aléatoire. Les restrictions géométriques des phases dans des systèmes auto-assemblés, par exemple dans des structures dictées par la tension interfaciale telles les morphologies à percolation multiple, peuvent réduire le seuil de percolation des phases de manière significative. Une autre partie de ce travail visait la préparation de substrats poreux à très petite surface provenant de mélanges polymères à percolation multiple, suivie par la déposition de PANI, un polymère conducteur, sur la surface interne poreuse par une technique couche par couche.

Abstract

This thesis presents, for the first time, a comprehensive survey on the subject of self-assembled, multi-encapsulated structures for ternary, quaternary, and quinary polymer blends demonstrating complete wetting. The work targets the development of novel conductive devices possessing low percolation threshold concentrations of conductive polymer. The blends studied are comprised of conductive polyaniline and four commercial polymers: HDPE, PS, PMMA, and PVDF. A complete wetting morphology is an interfacial tension driven structure which can be thermodynamically predicted by the Harkins spreading theory. This type of microstructure in a ternary polymer blend is formed when one of the spreading coefficients, as calculated from the interfacial tensions of polymer pairs in the system, has a positive value. Conceptually, for a ternary blend, complete wetting is the state where one of the components will always tend to completely separate the other two. The development of similar thermodynamic definitions to quaternary and quinary systems results in the prediction and construction of hierarchically ordered multi-encapsulated, multi-component blends. Controlling the compositions of components in such hierarchically ordered systems in ternary, quaternary, and quinary blends allows for the preparation of multi-percolated structures in which all phases are fully interconnected and interpenetrated. This approach is employed to attain the goal of this research which is to build a foundation of methods to reduce the percolation threshold of components in multi-component blends. The percolation threshold of phases is defined as the formation of longrange connectivity in random systems. The geometrical restriction of phases in self-assembled systems, for example in interfacial tension driven structures such as a multi-percolated morphologies, can significantly reduce the percolation threshold of phases. Another part of the work has focused on the preparation of ultra-low surface area porous substrates derived from multi-percolated polymer blends, followed by the deposition of polyanilene conductive polymer (PANI) on the internal porous surface using a layer-by-layer technique.