Relationship between structural and rheological properties of dual-stimuli responsive microgel films for cosmetic and biomedical applications.
elations entre la structure et les propriétés rhéologiques de films de microgels thermo et pH stimulables pour des applications médicales et cosmétiques.
Résumé
This research work relates to colloidal-based films formed by the self-assembly of pH- and thermo-responsive oligo(ethylene glycol) methacrylate-based microgels. In this study, the impact of the microgel structure on the macroscopic and mechanical properties of films has been investigated. To this end, microgels were synthesized with different core-shell architectures by varying the crosslinking density and the crosslinker type. Viscosity and creep measurements on highly concentrated dispersions of microgels have proved to be particularly sensitive to the microgel architecture. More precisely, softer particles with longer and/or more crosslinked dangling chains have a higher ability to interpenetrate and form a stronger network. In addition, the study of the microgel-based films in the linear and non-linear domains confirmed the chain interdiffusion largely drives the mechanism of deformation and consequently, the microgel architecture is a key parameter influencing the macroscopic properties of films. Considering their colloidal assembly, these films have demonstrated excellent mechanical properties such as strain hardening and high strain at break. In addition, they’ve exhibited suitable properties reaching the criteria that the underlying skin substrate imposes, i.e. a low Young’s modulus and a high elongation at break. Finally, in the light of potential industrial uses, a strategy has been developed to broaden and drive the mechanical properties of films by using a water-soluble polymer which is a side-product from the microgel synthesis.
Ces travaux de thèse portent sur l’étude de films formés par le simple auto-assemblage de microgels colloïdaux thermo- et pH-sensibles à base de méthacrylate d’oligo(éthylène glycol). Nous avons étudié l’impact de la structure de cette famille de microgels sur les propriétés macroscopiques et mécaniques des films formés. Pour cela, des microgels ont été synthétisés avec différentes architectures « cœur-écorce » en faisant varier la densité de réticulation et le type de réticulant. Les mesures de viscosité et de fluage sur les dispersions de microgels à haute concentration se sont révélées sensibles à l’architecture des microgels. Plus précisément, les particules ayant une structure moins dense et des chaînes pendantes moins réticulées ont présenté une meilleure capacité à s’enchevêtrer et former un réseau plus résistant aux contraintes. De plus, l’étude rhéologique des films de microgels, dans le domaine linéaire et non-linéaire, a confirmé que l’interdiffusion des chaines entre particules gouvernent en partie les mécanismes de déformation et par conséquent nous avons démontré que l’architecture des microgels a une influence majeure sur les propriétés macroscopiques des films. Par ailleurs, les films ont démontré d’excellentes propriétés mécaniques en regard de leur structure formée par assemblage de colloïdes et en totale adéquation avec les critères requis pour une application sur peau humaine i.e. un module de Young faible combiné à une élongation à rupture élevée. Finalement, en vue des futures potentielles applications industrielles, une stratégie de type formulation a été développée pour élargir, piloter et prédire les propriétés mécaniques des films en utilisant le polymère libre, produit secondaire de la synthèse des microgels.
Origine : Version validée par le jury (STAR)