Etude étendue de forces effectives entre colloïdes enrobés par des polymères greffés

Abstract

Le premier objectif est une étude quantitative de l’effet de la polydispersité sur la force effective d’interaction entre particules colloïdes enrobées par de longues chaînes polymériques en bon solvant. Pour obtenir l’expression de la force, nous choisissons une forme fractale pour la distribution des tailles des chaînes autour du cœur. La conclusion essentielle est que la force se présente comme une loi de puissance de la distance inter-particule, avec un exposant dépendant fortement de la polydispersité. Le deuxième objectif est de quantifier l’effet de la masse moléculaire du solvant sur la force d’interaction. Plus précisément, le système considéré est un assemblage de particules colloïdales sur lesquelles sont greffées de longues chaînes monodisperses, mais immergées dans une matrice de chaînes courtes. Les longues et courtes chaînes sont supposées de même nature chimique. Nous déterminons l’expression de la force effective entre ces particules habillées pour les deux régimes : haute densité de greffage, et faible densité de greffage. Pour le dernier régime, nous montrons l’existence d’un domaine où les chaînes greffées sont Gaussiennes. Par conséquent, la force effective peur être négligée à cette échelle. Le troisième but est de mener une étude quantitative des effets de confinement sur la force d’interaction entre particules colloïdales avec des chaînes greffées en bon solvant. Comme géométrie confinante, nous choisissons deux plans parallèles délimitant la solution colloïdale. Le confinement impose au polymère en étoile d’adopter une configuration bidimensionnelle parallèlement aux deux plans. Les expressions de la force d’interaction à deux et trois dimensions montrent que le confinement augmente la force effective. Par conséquent, le confinement peut être considéré comme un nouveau mécanisme pour renforcer la stabilisation des colloïdes. Le quatrième objectif est une étude complémentaire de la première. Plus précisément, nous étudions l’effet d’un changement de mode de greffage sur la force effective d’interaction entre des particules enrobées par de longues chaînes polydisperses. Nous supposons que le greffage des chaînes est effectué en exposant les particules initiales à une solution diluée ou semi-déluée. Dans chaque cas de figure, nous déterminons l’expression de la force effective, qui dépend naturellement de la concentration de la solution initiale. Comme conclusion principale, le greffage à partir d’un fondu conduit à une meilleure stabilisation que lorsqu’il est réalisé à partir d’une solution diluée ou semi-déluée. Le cinquième but est de réexaminer le calcul de la force effective entre deux polymères en étoile, immergée dans un solvant-Ө. Cette force provient essentiellement des interactions répulsives à trois corps. Pour se faire, nous appliquons la théorie de la renormalisation aux polymères en étoile à trois dimensions, ou l’invariance conforme à ceux dimensions. Nous montrons que la force effective, à trois dimensions, décroît en fonction de la distance inter-particule selon une loi logarithmique , et à deux dimension, comme l’inverse de la distance. Dans les deux cas, nous déterminons exactement les amplitudes correspondantes. Le sixième et le dernier objectif est le calcul de la force effective entre deux polymères en étoile de nature chimique différente, qui sont immergés dans un même solvant. Cette force est originaire des interactions de volume exclu et de la ségrégation chimique. Nous supposons que la qualité du solvant peut être différente pour les deux polymères en étoile (bon solvant ou solvant-Ө). La détermination de la force se fait en appliquant la théorie de la renormalisation au modèle continu d’Edwards. En particulier, nous montrons que la force d’interaction décroît comme l’inverse de la distance, avec une amplitude universelle dépendant de la qualité du solvant.