Note publique d'information : Parmi les conducteurs organiques, la polyaniline (PANI) est le polymère qui présente
une grande stabilité environnementale et une grande conductivité électrique. Cependant,
elle présente également des inconvénients tels que ses faibles propriétés mécaniques
qui représentent un verrou technologique pour de nombreuses applications. Pour y remédier,
une des méthodes consiste à les associer avec des polymères conventionnels pour former
des composites ayant à la fois les propriétés mécaniques de la matrice et les propriétés
électriques de PANI. Aussi, deux types de composites conducteurs à base de PANI et
de polyamide (PA) ont été élaborés: les films composites conducteurs en surface et
les composites conducteurs en volume sous forme de poudres et de films. La synthèse
rationnelle et la conception de ces matériaux nécessitent l'établissement de relation
synthèse-structure-propriétés. L'étude électrochimique et chimique a montré que la
vitesse de polymérisation de l'aniline est déterminée par la capacité de gonflement
de la matrice dans le milieu réactionnel et par la vitesse de diffusion de l'oxydant
et du monomère. Trois stades de polymérisation ont été clairement identifiés pour
lesquels les paramètres de la cinétique ont été calculés permettant ainsi le contrôle
du processus autocatalytique de polymérisation. Les études thermique et mécanique
ont montré que les propriétés de ces composites sont voisines de celles du polymère
hôte pour de faibles taux de PANI. La structure en double couche des films conducteurs
en surface, d'une part, et l'organisation de PANI sous forme d'amas conducteurs dispersés
dans un milieu isolant, d'autre part, ont été mises en évidence par spectrométrie
Raman et par microscopie. Cette organisation se traduit, sur les propriétés diélectriques,
par l'apparition de relaxations de polarisation d'interface dont les fréquences de
relaxation sont corrélées avec la conductivité de la surface du film. Il a été montré
que la percolation des amas conducteurs, qui détermine les propriétés électriques
et diélectriques du composite, dépend de la structure de la matrice. Les composites
conducteurs en volume sous forme de poudre, de part leur structuration en “core-shell”
(PA/PANI), présentent des conductivités voisines de celles de PANI avec des seuils
de percolation très bas (<1 wt.% ). La structure “core-shell” s'est traduite par l'apparition
d'une relaxation de polarisation d'interface dont la fréquence augmente avec le taux
de PANI et de ce fait avec la conductivité. De part les propriétés électriques, thermiques
et mécaniques obtenues, ces composites présentent de grandes potentialités d'application
dans différents domaines.
Note publique d'information : Two types of composites based on polyaniline (PANI) and polyamide (PA) were elaborated
by oxidative polymerisation : surface conducting polymer films with a subsurface conducting
layer and bulk conducting polymers in powder and film forms. In order to determine
the synthesis-structure-properties relationship, different physico-chemical methods
of investigation (cyclic voltammetry, dielectric relaxation spectroscopy, thermogravimetry,
microscopy, Raman spectrometry,....) were used. It is shown that the rate of the aniline
polymerization process inside the polymer matrix is determined by the matrix's ability
to swell in the reaction media and by the rate of oxidant and monomer diffusion into
the reaction zone. Three well defined polymerization stages (induction period, propagation
stage and termination stage) are observed and the kinetic parameters of the process
are calculated, that enable the control of the polymerization process. It is confirmed
that independently from the presence or absence of the polymer matrix (film or dispersed
media) the mechanism of aniline polymerization does not change and the polymerization
process follows an autocatalytic mechanism. The thermal and mechanical properties
of the composites are improved as compared with pure PANI. The degradation temperature
of the composite is enhanced by ~100°C. The use of organic acid-dopants leads to better
mechanical characteristics due to their triple role (of a dopant, compatibilizer and
plasticizer) in comparison with inorganic ones. The layered and clustered structure
of the surface conducting composites is revealed by atomic force microscopy (AFM)
and optical microscopy. The thickness of the conducting layer is found to be dependent
on the polymer matrix structure. This organisation is traduced by the appearance of
interfacial polarisation relaxation processes related to the conductive properties
of the PANI clusters. The core-shell (PA grains-PANI) structure of the bulk conducting
composites, as demonstrated by Resonance Raman Spectrometry, results in a high conductivity
value with a low percolation threshold for the powder form of the composites. An interfacial
polarisation relaxation process related to the composite structure is pointed out
which relaxation frequency increases with increasing PANI content and, hence, with
conductivity. Therefore, the obtained composites owning the mechanical properties
of the matrix and the electrical properties of PANI are good candidates for practical
application such as antistatic materials, materials for capacitors, sensors, etc.
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