III-Analyse par spectroscopie infrarouge (taux de conversion et cinétique de polymérisation) :
Dans ce chapitre, ont remarque une caractérisation des matériaux polymérisés (polymères et PDLCs) selon la technique infrarouge que sera présentée. L'intérêt de cette étude est d'apporter des renseignements sur l’effet de la masse molaire des monomères et de concentration du CL E7 sur : la cinétique de polymérisation, la séparation de phases.
La spectroscopie infrarouge par la transformation de Fourier est souvent utilisée pour caractériser des échantillons de cristaux liquides ou des systèmes polymère/cristaux liquides. Les monomères étudiés possèdent des liaisons C=C dans les groupements acrylates qui présentent des bandes caractéristiques à 810 et à 1637 cm-1. Dans cette étude nous avons suivi l’évolution de ces deux bandes avec la dose UV reçue par l’échantillon, dans le but d’étudier la cinétique de la photo- polymérisation.
Pour le cas des mélanges monomère/E7 le calcul de taux de conversion est calculé à l’aide de la bande de 1637cm-1 à cause de recouvrement des bandes dans la zone à 810 cm-1. Dans la zone 1637cm-1 le CL E7 ne présente aucune bande d’absorption. Aussi la face NaCl utilisée, reste transparente dans la gamme des longueurs d’onde infrarouge.
III-1) Taux de conversion et cinétique de polymérisation :
Dans ce paragraphe, on s’intéresse à la cinétique et la caractérisation des PDLCs formés par la photo-polymérisation des mélanges TPGDA/E7. Les films sont préparés par rayonnement UV (2% de Darocur 1173 par rapport à la partie monomérique) à différentes doses d’irradiation et en fonction de la composition.
Dans cette étude nous avons suivi l’évolution par spectroscopie infrarouge de la bande à 1637 cm-1 en fonction de la dose UV reçu par l’échantillon. Cette étude concerne la conversion des doubles liaisons C=C de monomère en appliquant des doses croissantes non cumulées, c'est-à-dire pour chaque manipulation on prépare de nouveau un autre échantillon qui possède la même composition que le précédent.
III-2-Effet de dilution par le CL E7 sur la cinétique de polymérisation :
En générale, l’introduction du cristal liquide peut donner plusieurs effets sur la cinétique de polymérisation. Au début de la polymérisation, le cristal liquide montre souvent un effet de dilution.
Comme la vitesse initiale de polymérisation est proportionnelle à la concentration initiale en
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On peut trouver d’autres effets favorables du au cristal liquide après la séparation de phases, le cristal liquide ne joue plus son rôle de dilution. Par conséquent la concentration des fonctions réactives augmente notablement la valeur de la conversion.
Les figures (III-1) représentent le suivi cinétique de la polymérisation des mélanges TPGDA/E7 sous rayonnement UV en fonction de la dose d’irradiation appliquée une seule fois (doses non cumulées). La conversion augmente progressivement avec la dose pour atteindre un plateau qui diffère suivant la concentration du cristal liquide E7.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0
20 40 60 80 100
Temps d'exposition sous rayonnement UV (s)
Taux de conversion (%)
TPGDA
TPGDA (30wt% E7) TPGDA (50wt% E7) TPGDA (70wt% E7)
Figure III-1 : Conversion des doubles liaisons C=C du système TPGDA/E7 en fonction du temps d’exposition sous irradiation UV.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0
10 20 30 40
Temps d'exposition sous rayonnement UV (s)
Taux de conversion (%)
TPGDA
TPGDA (30wt% E7) TPGDA (50wt% E7) TPGDA (70wt% E7)
Figure III-2 : Zoom de la figure III-1 entre 0 et 200s
La figure III-2 illustre le zoom de la figure précédente dans la gamme de 0 à 200s. Sur cette figure, on remarque que les phénomènes de cinétiques sont très distincts d’un système à un autre, donc il est préférable de présenter chaque système à part.
TPGDA n=3
40
0 2 4 6 8 10 12 14 0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
TPGDA n=3
810.59 cm-1 16.37.28 cm-1
Temps (sec)
Taux de conversion %
Figure III-3 : Conversion des doubles liaisons C=C du système TPGDA(N=3) en fonction du temps d’exposition sous irradiation UV par la spectroscopie infrarouge sur les deux bandes
caractéristiques 810.59 et 1637.28 .
TPGDA/E7 (30%)
42
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
TPGDA/E7 (30%)
1637.38 cm-1
Temps (sec)
Taux de conversion %
Figure III-4 : Conversion des doubles liaisons C=C du système TPGDA/E7(30%) en fonction du temps d’exposition sous irradiation UV par la spectroscopie infrarouge sur la bande
caractéristiques 1637.38cm-1 .
Figure III-5 :
Conversion des doubles liaisons C=C du système TPGDA/E7(50%) en fonction du temps d’exposition sous irradiation UV par la spectroscopie infrarouge sur la bande
caractéristique1637cm-1 .
TPGDA /E7 (50%)
TPGDA/E7 (70%)
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Figure III-6: Conversion des doubles liaisons C=C du système TPGDA/E7 (70%) en fonction du temps d’exposition sous irradiation UV par la spectroscopie infrarouge sur la bande
caractéristique 1637cm-1
III-3-Etude comparative :
Dans les systèmes TPGDA/E7 (Figures III-1-2), on remarque qu’à faibles doses que la cinétique augmente avec la concentration du CL E7 (de 0 à 50%), puis elle rechute à 70% de CL E7. A cette concentration de 70%, la dilution par le CL E7 a l’effet de faire éloigner les chaines monomères les uns et les autres.
Cet effet de l’éloignement est la cause de la chute de la pente c’est la cinétique diminue.
Contrairement à cette effet, pour les concentrations inférieures (30 et 50% de CL E7), l’ajout du CL E7 joue un effet positif vis-à-vis la cinétique car à ces concentrations la dilution par le cristal liquide
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
0.00%
20.00%
40.00%
60.00%
80.00%
100.00%
120.00%
1637 cm-1
Temps (sec)
Taux de conversion %
photo-polymérisation et le taux de conversion est amélioré de 9% par rapport au TPGDA. Comme nous avons déjà cité dans l’introduction cette analyse consiste à déterminer la dose optimale pour avoir une polymérisation « complète » du mélange, les temps optimaux obtenus pour les matériaux TPGDA (n=3), TPGDA (30%E7), TPGDA (50%E7), TPGDA (70%E7) sont respectivement 20, 20, 15 et 20 minutes.
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CONCLISION :
Dans ce chapitre, ont étudié la conversion en pourcentage (%) du monomère TPGDA avec le CL E7 au polymère des matériaux polymérisés (polymères et PDLCs) selon la technique infrarouge, les monomères étudiés possèdent des liaisons C=C dans les groupements acrylates qui présentent des bandes caractéristiques à 810 et à 1637 cm-1.
L'intérêt de cette étude est d'apporter des renseignements sur l’effet de la masse molaire des monomères et de concentration du CL E7 (30% ,50% et 70%) sur : la cinétique de polymérisation, la séparation de phases.
Dans cette étude nous avons suivi l’évolution de ces deux bandes avec la dose UV reçue par l’échantillon, dans le but d’étudier la cinétique de la photo-polymérisation.
