Etude du pH des différentes solutions

Le comportement des dispersions colloïdales dépend du pH, de la force ionique et de la température. Le pH de différentes solutions stables de silice d40, d100 et d300 de concentration massique variant de 0.01 à 10 wt% a été mesuré comme le montre la Figure II. 13. Les pH sont tous compris entre 7.5 et 8 et varient peu avec la concentration.

Figure II. 13. Mesure du pH en fonction de la concentration massique en silice de solutions stables (en trait

plein) de particules d40 (en noir), d100 (en rouge) et d300 (en bleu). La courbe en pointillée en rouge indique le pH d’une solution redispersée de diamètre 100 nm. La courbe en vert indique le pH d’une solution commerciale de Ludox TM50^® dialysée.

Dans le cas d’une solution redispersée, c'est-à-dire où de la poudre sèche de silice a été redispersée dans de l’eau (trait rouge en pointillé), le pH est plus élevé et compris entre 9 et

80 10. Une des explications possibles est la présence d’ions ammonium dans le cas des solutions redispersées. Le milieu réactionnel de synthèse est un milieu très basique du à la présence d’une base forte qui est l’ammoniaque. L’eau distillée a alors un pH plus bas que le milieu réactionnel donc en échangeant le milieu réactionnel avec de l’eau, on diminue le pH de la solution.

Dans le cas d’une solution commerciale de Ludox TM50®

dialysée, le pH augmente fortement en fonction de la concentration, une des explications peut être l’augmentation de groupements silanolate avec la concentration entraînant ainsi une augmentation de pH. Il a été montré que dans le cas de silice précipitée, la densité surfacique de silanolate augmentait avec le pH.^22,39

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Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons décrit la synthèse et la caractérisation des hydrogels et des particules qui seront utilisés pour les tests d’adhésion. Nous avons préparé des hydrogels neutres de PDMA avec toute une gamme de réticulation, de module élastique et de taux de gonflements très différents. Nous avons aussi synthétisé des hydrogels de PAAm à un taux de réticulation, qui sont connus pour ne pas s’adsorber à la surface des particules de silice.40

Nous avons montré que les caractéristiques mécaniques varient peu selon les différentes synthèses. Le taux de gonflement à l’équilibre semble plus sensible aux défauts des hydrogels et donc aux différents lots de synthèse.

Nous avons préparé des particules de type Stöber de trois tailles différentes et des particules fluorescentes dans un état de dispersion stable et redispersée. Les particules fluorescentes permettent de visualiser l’interface de deux hydrogels collés comme nous le verrons au chapitre V.

Comme nous l’avons vu dans ce chapitre, il est difficile d’obtenir de solutions stables à partir de poudre et de contrôler l’uniformité de la solution redispersée, étant donné qu’il est nécessaire de soniquer. Dans la suite de ce mémoire, le collage sera alors essentiellement effectué avec des solutions dialysées, ce qui permettra plus facilement de dégager le mécanisme d’adhésion entre deux gels.

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Références

(1) Rose, S. Interactions Polymère/silice: De La Structure Locale Au Renforcement Mécanique D’hydrogels Hybrides, Université Pierre et Marie Curie-Paris VI, 2013. (2) Macron, J. Hydrogels En Milieux Immergés: De L’adhésion Macroscopique Aux

Mécanismes Moléculaires, Université Pierre et Marie Curie-Paris VI, 2014. (3) Carlsson, L.; Rose, S.; Hourdet, D.; Marcellan, A. Nano-Hybrid Self-Crosslinked

PDMA/silica Hydrogels. Soft Matter 2010, 6 (15), 3619.

(4) Rose, S.; Dizeux, A.; Narita, T.; Hourdet, D.; Marcellan, A. Time Dependence of Dissipative and Recovery Processes in Nanohybrid Hydrogels. Macromolecules 2013,

46 (10), 4095–4104.

(5) Obukhov, S. P.; Rubinstein, M.; Colby, R. H. Network Modulus and Superelasticity.

Macromolecules 1994, 27 (12), 3191–3198.

(6) Tanaka, Y.; Fukao, K.; Miyamoto, Y. Fracture Energy of Gels. Eur. Phys. J. E 2000, 3 (4), 395–401.

(7) Baumberger, T.; Caroli, C.; Martina, D. Fracture of a Biopolymer Gel as a Viscoplastic Disentanglement Process. Eur. Phys. J. E 2006, 21 (1), 81–89.

(8) Kong, H. J.; Wong, E.; Mooney, D. J. Independent Control of Rigidity and Toughness of Polymeric Hydrogels. Macromolecules 2003, 36 (12), 4582–4588.

(9) Ritgert, P. L.; Peppas, N. Transport of Penetrants in the Macromolecular Structure of Coals 4. Models for Analysis of Dynamic Penetrant Transport. Fuel 1987, 66, 815–826. (10) Berens, A. R.; Hopfenberg, H. B. Diffusion and Relaxation in Glassy Polymer

Powders: 2. Separation of Diffusion and Relaxation Parameters. Polymer 1978, 19 (5), 489–496.

(11) Bajpai, A. K.; Giri, A. Swelling Dynamics of a Macromolecular Hydrophilic Network and Evaluation of Its Potential for Controlled Release of Agrochemicals. React. Funct.

Polym. 2002, 53 (2), 125–141.

(12) Aouada, F. A.; Moura, M. R. de; Lopes da Silva, W. T.; Muniz, E. C.; Mattoso, L. H. C. Preparation and Characterization of Hydrophilic, Spectroscopic, and Kinetic

Properties of Hydrogels Based on Polyacrylamide and Methylcellulose Polysaccharide.

J. Appl. Polym. Sci. 2011, 120 (5), 3004–3013.

(13) Tanaka, T.; Fillmore, D. J. Kinetics of Swelling of Gels. J. Chem. Phys. 1979, 70 (3), 1214.

(14) Tanaka, K. Self-Diffusion Coefficients of Water in Pure Water and in Aqueous

Solutions of Several Electrolytes with 18 O and 2 H as Tracers. J. Chem. Soc. Faraday

Trans. 1 Phys. Chem. Condens. Phases 1978, 74, 1879–1881.

(15) De Gennes, P.-G. Scaling Concepts in Polymer Physics; Cornell University Press; 1979.

(16) Landau, L. D.; Lifshitz, E. M. Theory of Elasticity; A course of Theoretical Physics; 1986; Vol. 7.

(17) Park, I. H.; Johnson Jr, C. S.; Gabriel, D. A. Probe Diffusion in Polyacrylamide Gels as Observed by Means of Holographic Relaxation Methods: Search for a Universal

Equation. Macromolecules 1990, 23 (5), 1548–1553.

(18) Crank, J.; Nicolson, P. A Practical Method for Numerical Evaluation of Solutions of Partial Differential Equations of the Heat-Conduction Type. Adv. Comput. Math. 1996,

6 (1), 207–226.

(19) Shen, C.-H.; Springer, G. S. Moisture Absorption and Desorption of Composite Materials. J. Compos. Mater. 1976, 10 (1), 2–20.

83 (20) Stöber, W.; Fink, A.; Bohn, E. Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in

the Micron Size Range. J. Colloid Interface Sci. 1968, 26 (1), 62–69.

(21) Reculusa, S. Synthèse de Matériaux D’architecture Contrôlée À Base de Silice Colloïdale, Université Sciences et Technologies-Bordeaux I, 2004.

(22) Moro, S. Elaboration de Matériaux Poreux Par Agrégation et Consolidation de

Suspensions de Silices Hydrophobées, Université Pierre et Marie Curie-Paris VI, 2013. (23) Lin, Y.-S.; Hung, Y.; Su, J.-K.; Lee, R.; Chang, C.; Lin, M.-L.; Mou, C.-Y.

Gadolinium(III)-Incorporated Nanosized Mesoporous Silica as Potential Magnetic Resonance Imaging Contrast Agents. J. Phys. Chem. B 2004, 108 (40), 15608–15611. (24) Lu, Z.; Xu, J.; Han, Y.; Song, Z.; Li, J.; Yang, W. Robust Fluorescein-Doped Silica

Nanoparticles via Dense-Liquid Treatment. Colloids Surf. Physicochem. Eng. Asp.

2007, 303 (3), 207–210.

(25) Van Blaaderen, A.; Vrij, A. Synthesis and Characterization of Colloidal Dispersions of Fluorescent, Monodisperse Silica Spheres. Langmuir 1992, 8, 2921–2931.

(26) Rossi, L. M.; Shi, L.; Quina, F. H.; Rosenzweig, Z. Stöber Synthesis of Monodispersed Luminescent Silica Nanoparticles for Bioanalytical Assays. Langmuir 2005, 21 (10), 4277–4280.

(27) Zhang, D.; Wu, Z.; Xu, J.; Liang, J.; Li, J.; Yang, W. Tuning the Emission Properties of Ru(phen) 3²⁺ Doped Silica Nanoparticles by Changing the Addition Time of the Dye during the Stöber Process. Langmuir 2010, 26 (9), 6657–6662.

(28) Qian, L.; Yang, X.-R. One-Step Synthesis of Ru(2,2′-Bipyridine)3Cl2-Immobilized Silica Nanoparticles for Use in Electrogenerated Chemiluminescence Detection. Adv.

Funct. Mater. 2007, 17 (8), 1353–1358.

(29) Zhao, X.; Tapec-Dytioco, R.; Tan, W. Ultrasensitive DNA Detection Using Highly Fluorescent Bioconjugated Nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125 (38), 11474– 11475.

(30) Arriagada, F. J.; Osseo-Asare, K. J. Synthesis of Nanosize Silica in Aerosol OT Reverse Microemulsions. J. Colloid Interface Sci. 1995, 170 (8–17).

(31) Zhao, X.; Bagwe, R. P.; Tan, W. Development of Organic-Dye-Doped Silica Nanoparticles in a Reverse Microemulsion. Adv. Mater. 2004, 16 (2), 173–176.

(32) Santra, S.; Zhang, P.; Wang, K.; Tapec, R.; Tan, W. Conjugation of Biomolecules with Luminophore-Doped Silica Nanoparticles for Photostable Biomarkers. Anal. Chem.

2001, 73 (20), 4988–4993.

(33) Rampazzo, E.; Bonacchi, S.; Montalti, M.; Prodi, L.; Zaccheroni, N. Self-Organizing Core−Shell Nanostructures: Spontaneous Accumulation of Dye in the Core of Doped Silica Nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129 (46), 14251–14256.

(34) Imhof, A.; Megens, M.; Engelberts, J. J.; de Lang, D. T. N.; Sprik, R.; Vos, W. L. Spectroscopy of Fluorescein (FITC) Dyed Colloidal Silica Spheres. J. Phys. Chem. B

1999, 103 (9), 1408–1415.

(35) Frisken, B. J. Revisiting the Method of Cumulants for the Analysis of Dynamic Light-Scattering Data. Appl. Opt. 2001, 40 (24), 4087–4091.

(36) Babayan, D. Elaboration D’agrégats Minéraux Nanométriques Linéaires À L’aide de Polymères Thermosensibles, Université Pierre et Marie Curie-Paris VI, 2006.

(37) Perro, A. Synthèse et Valorisation de Particules Colloïdales de Morphologie et de Fonctionnalité de Surface Contrôlées, Université Bordeaux 1, 2006.

(38) Labrosse, A.; Burneau, A. Characterization of Porosity of Ammonia Catalysed Alkoxysilane Silica. J. Non-Cryst. Solids 1997, 221, 107–124.

(39) Parneix, C.; Persello, J.; Schweins, R.; Cabane, B. How Do Colloidal Aggregates Yield to Compressive Stress? Langmuir 2009, 25 (8), 4692–4707.

84 (40) Rose, S.; Prevoteau, A.; Elzière, P.; Hourdet, D.; Marcellan, A.; Leibler, L.

Nanoparticle Solutions as Adhesives for Gels and Biological Tissues. Nature 2013, 505 (7483), 382–385.

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