Electro-responsive polymers for controlling surface properties

Les surfaces de polymères électro-stimulables font partie de la catégorie des surfacesintelligentes. Elles sont capables de modifier leurs propriétés lorsqu’elles sont stimulées par unchamp électrique. Au cours de cette thèse nous avons fabriqué des surfaces de chaines depolyélectrolytes faibles greffées (PAA, P2VP, PDMAEMA), soit par auto-assemblage, soit partransfert via la balance de Langmuir. Nous avons ensuite étudié l’organisation des chaines depolyélectrolytes à la surface en fonction des conditions de pH et de sel de la sous-phase dans labalance de Langmuir. Avant de stimuler ces chaines de polyélectrolytes greffées à l’aide d’unchamp électrique, nous avons étudié leur sensibilité à la variation de pH et à la variation de laconcentration en sel. Pour cela des mesures d’épaisseurs de films de polyélectrolytes et desmesures d’angle de contact ont été effectuées. Ces études préliminaires nous ont permis desélectionner des valeurs de densité de greffage des chaines de polyélectrolytes ainsi que le pH etla concentration en sel de la solution adaptés pour la stimulation des surfaces par un champélectrique. Nous avons alors montré que les chaines greffées de PAA et de PDMAEMA étaienttrès sensibles à la variation de la tension électrique lorsque le pH est proche du pKa ou du pKb dela surface : pour une charge de la surface identique aux charges des chaines de polyélectrolytes,ces dernières vont adopter une conformation de brosse tandis qu’elles seront collapsées lorsque lacharge de la surface est de signe opposé aux charges des chaines. Cette transition réversible deschaines en fonction de la valeur de la tension appliquée permet de contrôler les propriétés demouillage et d’adhésion de ces surfaces. En revanche, pour un pH proche du pKb, les chainesgreffées de P2VP sont peu sensibles à l’application d’un champ électrique. Nous avons supposéque cela était dû à une variation de pH local au sein des chaines lorsque le champ électrique estappliqué.Electro-responsive polymer surfaces are able to change their properties when they are stimulatedby an electric field. In this work, we grafted weak polyelectrolyte on surfaces by self-assembly orby transferring the molecules using the Langmuir-Schaefer method. First we studied theorganization of the polyelectrolyte chains at the surface for different pH and salt concentration ofthe subphase used in the Langmuir trough. Then we explored the response of the surfaces to pHand salt concentration changes by measuring the thickness variation of the polyelectrolyte filmsand the changes in contact angle. These preliminary studies allowed us to select the graftingdensity of polyelectrolyte chains and the pH and salt concentrations of the aqueous solutionadapted for the stimulation of the surfaces by an electric field. We then demonstrated that PAAand PDMAEMA grafted chains were very sensitive to the variation of the applied voltage whenthe pH is close to the pKa or from the pKb of the surface. If the charge of the surface has the samesign as the charges on the polyelectrolyte chains, the latter would adopt a brush conformation,whereas if the charge of the surface has the opposite sign compared to the sign of the charges onthe polyelectrolyte chains, the chains would collapse. This reversible transition of the chainsconformation with the sign of the applied voltage allowed us to control the wetting and theadhesion properties of these surfaces. Nevertheless, for a pH close to the pKb, the P2VP graftedchains are almost unresponsive to the application of an electric field. We supposed that this is theconsequence of a local pH variation inside the grafted chains when the electric field is applied