Preparation of poly (styrene-co-4-vinyl pyridine) /silica nanoscale hybrids supported cyclopentadienyltitanium trichloride (CpTiCl3) catalyst and styrene polymerization

To obtain a novel support with practical value for metallocene catalyst (eta -C5H5)TiCl3 (CpTiCl3), poly (styrene-co-4-vinylpyridine) /SiO2 nanoscale hybrid material (SrP/SiO2) was firstly produced as support. After pretreatment by methylaluminoxane (MAO), the hybrid materials reacted with CpTiCl3. The results from SAXS, SEM and TEM indicated the morphology and structure of organic/inorganic hybrid materials, and the size of inorganic particle in hybrid was nanoscale. The results from IR and XPS showed that there were two possible cationic active species in the hybrid-supported catalyst, the polymerization results of styrene proved this possibility.

Films minces de copolymères à blocs supramoléculaires et photosensibles

La technique de trempage («dip-coating») est un procédé rapide et efficace pour former des films minces de copolymères à blocs (CPB) d’épaisseur et de nano-morphologies variées. Très peu d’études ont toutefois porté sur le trempage des CPB supramoléculaires et/ou photosensibles. Le trempage du CPB poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) a premièrement été étudié avec des petites molécules (PM) d’acide 1-naphtoïque (NCOOH) et de 1-naphtol (NOH) capables de former des ponts hydrogène (ponts H) avec le bloc P4VP dans 4 solvants (tétrahydrofurane (THF), p-dioxane, toluène et chloroforme). Le ratio d’incorporation (RI) molaire PM/VP dans les films trempés augmente avec la vitesse de retrait mais sa variation dépend fortement du solvant et de la PM utilisés. Le RI et la morphologie des films minces dépendent de la possibilité (ou non) du solvant à former des ponts H avec la PM et de sa sélectivité au bloc de PS menant (ou non) à des micelles de P4VP/PM en solution dont la rigidité influence l’état cinétique du système en film mince. La dépendance en une courbe en V de l’épaisseur des films en fonction la vitesse de retrait définit deux régimes, nommés régimes capillaire et de drainage. Ces régimes influencent différemment le RI et la morphologie finale. Nous nous sommes ensuite intéressés aux complexes de PS-P4VP avec des azobenzènes (AB) photosensibles, le 4-hydroxy-4’-butyl-azobenzène (BHAB) et le 4-hydroxy-4’-cyano-azobenzène (CHAB). Ces AB peuvent non seulement former des ponts H avec le bloc P4VP mais aussi s'isomériser entre les formes trans et cis sous illumination. Les expériences avec PS-P4VP/BHAB dans le THF et le toluène ont révélé que l'irradiation pendant le trempage permet de provoquer une transition entre les morphologies sphérique et cylindrique à basses vitesses de retrait. Ces transitions sont expliquées par l’augmentation du ratio molaire BHAB/VP pris dans les films sous illumination et par le plus grand volume des isomères BHAB-cis par rapport aux BHAB-trans. L'irradiation permet également de moduler l'épaisseur des films sans égard à la présence des AB. Finalement, des solutions de PS-P4VP/CHAB et PS-P4VP/BHAB dans le THF avec un CPB de masse molaire plus élevée ont été étudiées afin de comprendre l’effet d'un temps de demi-vie plus court de l’AB et de la présence de micelles en solution. Le photocontrôle morphologique perd de son efficacité avec le CHAB car l’augmentation du RI de CHAB dans les films illuminés par rapport aux films non irradiés est moins prononcée que pour les complexes de BHAB. Le choix du PS-P4VP est également important puisque la présence de micelles dans les solutions de THF du PS-P4VP(36,5k-16k), même si elle n’influence pas les RI BHAB/VP, fige davantage la morphologie sphérique en solution par rapport à une solution non-micellaire de PS-P4VP(24k-9,5k), limitant les possibilités de transition morphologique.

Compatibilization of blends of polystyrene and zinc salt of sulfonated polystyrene by poly(styrene-b-4-vinylpyridine) diblock copolymer

The compatibilizing effect and mechanism of poly(styrene-b-4-vinylpyridine) diblock copolymer, P(S-b-4VPy), on the immiscible blend of polystyrene (PS)/zinc salt of sulphonated polystyrene (Zn-SPS) were studied. SEM results show that the domains of the dispersed phase in the blend become finer. DSC experiments reveal that the difference between the two T-g's corresponding to the phases in the blends becomes larger on addition of P(S-b-4VPy), mainly resulting from dissolving of the poly(4-vinylpyridine (P4VPy) block in the Zn-SPS phase. FTIR analysis shows that compatibility of P4VPy and Zn-SPS arises from the stoichiometric coordination of the zinc ions of Zn-SPS and pyridine nitrogens of P4VPy. SAXS analysis indicates the effect of the P(S-b-4VPy) content on the structure of the compatibilized blends. When the content of the block copolymer is lower than 4.1 wt%, the number of ion pairs in an aggregate in the Zn-SPS becomes smaller, and aggregates in ionomer in the blend become less organized with increasing P(S-b-4VPy). When the P(S-b-4VPy) content in the blend is up to 7.4 wt%, a fraction of P(S-b-4VPy) form a separate domain in the blend. (C) 1999 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Syndiotactic polystyrene/thermoplastic polyurethane blends using poly(styrene-b-4-vinylpyridine) diblock copolymer as a compatibilizer

The effect of adding diblock copolymer poly(styrene-b-4-vinylpyridine) (P(S-b-4VPy), to immiscible blends of syndiotactic polystyrene (sPS)/thermoplastic polyurethane (TPU) on the morphology, thermal transition, crystalline structure, and rheological and mechanical properties of the blends has been investigated. The diblock copolymer was synthesized by sequential anionic copolymerization and was melt-blended with sPS and TPU. Scanning electron microscopy (SEM) showed that the added block copolymer reduced the domain size of the dispersed phase in the blends. Differential scanning calorimetry (DSC) and wide-angle X-ray diffraction (WAXD) revealed that the extent of compatibility between sPS and TPU affected the crystallization of the sPS in the blends. Tensile strength and elongation at break increased, while the dynamic modulus and complex viscosity decreased with the amount of P(S-b-4VPy) in the blend. The compatibilizing effect of the diblock copolymer is the result of its location at the interface between the sPS and the TPU phases and penetration of the blocks into the: corresponding phases, i.e. the polystyrene block enters the noncrystalline regions of the sPS, and the poly(4-vinylpyridine) block interacts with TPU through intermolecular hydrogen bonding. (C) 1999 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Films minces supramoléculaires de copolymères de PS-P4VP réalisés par trempage

Bien que ce soit un procédé industriel répandu, les films de copolymères à blocs préparés par trempage (« dip-coating ») sont moins étudiés que ceux obtenus par tournette (« spin-coating »). Pourtant, il est possible grâce à cette technique de contrôler précisément les caractéristiques de ces films. Au-delà de la méthode de fabrication, la capacité de modifier la morphologie des films trempés à l’aide d’autres facteurs externes est un enjeu primordial pour leur utilisation dans les nanotechnologies. Nous avons choisi, ici, d’étudier l’influence d’une petite molécule sur la morphologie de films supramoléculaires réalisés par « dip-coating » à partir de solutions de poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) dans le tétrahydrofurane (THF). En présence de 1-naphtol (NOH) et d’1-acide napthoïque (NCOOH), qui se complexent par pont hydrogène au bloc P4VP, ces films donnent, respectivement, une morphologie en nodules (sphères) et en stries (cylindres horizontaux). Des études par spectroscopie infrarouge ont permis de mesurer la quantité de petite molécule dans ces films minces, qui varie avec la vitesse de retrait mais qui s’avère être identique pour les deux petites molécules, à une vitesse de retrait donnée. Cependant, des études thermiques ont montré qu’une faible fraction de petite molécule est dispersée dans le PS (davantage de NOH que de NCOOH à cause de la plus faible liaison hydrogène du premier). La vitesse de retrait est un paramètre clé permettant de contrôler à la fois l’épaisseur et la composition du film supramoléculaire. L’évolution de l’épaisseur peut être modélisée par deux régimes récemment découverts. Aux faibles vitesses, l’épaisseur décroît (régime de capillarité), atteint un minimum, puis augmente aux vitesses plus élevées (régime de drainage). La quantité de petite molécule augmente aux faibles vitesses pour atteindre un plateau correspondant à la composition de la solution aux vitesses les plus élevées. Des changements de morphologie, à la fois liés à l’épaisseur et à la quantité de petite molécule, sont alors observés lorsque la vitesse de retrait est modifiée. Le choix du solvant est aussi primordial dans le procédé de « dip-coating » et a été étudié en utilisant le chloroforme, qui est un bon solvant pour les deux blocs. Il s’avère qu’à la fois la composition ainsi que la morphologie des films de PS-P4VP complexés sont différentes par rapport aux expériences réalisées dans le THF. Premièrement, la quantité de petite molécule reste constante avec la vitesse de retrait mais les films sont plus riches en NCOOH qu’en NOH. Deuxièmement, la morphologie des films contenant du NOH présente des stries ainsi que des lamelles à plat, tandis que seules ces dernières sont observables pour le NCOOH. Ce comportement est essentiellement dû à la quantité différente de petite molécule modulée par leur force de complexation différente avec le P4VP dans le chloroforme. Enfin, ces films ont été utilisés pour l’adsorption contrôlée de nanoparticules d’or afin de guider leur organisation sur des surfaces recouvertes de PS-P4VP. Avant de servir comme gabarits, un recuit en vapeurs de solvant permet soit d’améliorer l’ordre à longue distance des nodules de P4VP, soit de modifier la morphologie des films selon le solvant utilisé (THF ou chloroforme). Ils peuvent être ensuite exposés à une solution de nanoparticules d’or de 15 nm de diamètre qui permet leur adsorption sélective sur les nodules (ou stries) de P4VP.

Hybridization of poly(4-vinyl pyridine)-b-polystyrene-b-poly(4-vinyl pyridine) aggregates in dioxane/water solution

Self-assembly of binary blends of two triblock copolymers of poly(4-vinyl pyridine)-b-polystyrene-b-poly(4-vinyl pyridine), i.e., P4VP(43)-b-PS260-b-P4VP(43) (P1) and P4VP(43)-b-PS366-b-P4VP(43) (P2), in dioxane/water solution was studied. These two triblock copolymers individually tend to form vesicles (P2) and cylindrical micelles (P1) in dilute solution. It was found that copolymer components in the blend, sample preparation method, and annealing time had significant effect on hybridization aggregate morphology. By increasing P1 content in the copolymer blends, fraction of looped and stretched cylinders increased, while fraction of bilayers decreased. Nearly no bilayer was observed when P1 content was above 85 wt%.

The performance of poly(styrene)-block-poly(2-vinyl pyridine)-block- poly(styrene) triblock copolymers as pH-driven actuators

Poly(styrene)-block-poly(2-vinyl pyridine)-block-poly(styrene) (PS-b-P2VP-b-PS) triblock copolymers were synthesised by anionic polymerisation. Thick films were cast from solution and their structure analysed by small angle X-ray scattering (SAXS). Longer annealing times led to more ordered structures whereas short evaporation times effectively "lock" the polymer chains in a disordered state by vitrification. Well-ordered structures not only provide an isotropic network, which reduces localised stress within the material, but are also essential for fundamental studies of soft matter because their activity on the molecular scale must be analysed and understood prior to their use in technological applications. Well-characterised PS-b-P2VP-b-PS materials have been coupled to a pH-oscillating reaction and their potential application as responsive actuators is discussed. This journal is © The Royal Society of Chemistry.

Electrospinning and characterization of supramolecular poly(4-vinyl pyridine)-small molecule complexes

La chimie supramoléculaire est basée sur l'assemblage non covalent de blocs simples, des petites molécules aux polymères, pour synthétiser des matériaux fonctionnels ou complexes. La poly(4-vinylpyridine) (P4VP) est l'une des composantes supramoléculaires les plus utilisées en raison de sa chaîne latérale composée d’une pyridine pouvant interagir avec de nombreuses espèces, telles que les petites molécules monofonctionnelles et bifonctionnelles, grâce à divers types d'interactions. Dans cette thèse, des assemblages supramoléculaires de P4VP interagissant par liaisons hydrogène avec de petites molécules sont étudiés, en ayant comme objectifs de faciliter l'électrofilage de polymères et de mieux comprendre et d'optimiser la photoréponse des matériaux contenant des dérivés d'azobenzène. Une nouvelle approche est proposée afin d'élargir l'applicabilité de l'électrofilage, une technique courante pour produire des nanofibres. À cet effet, un complexe entre la P4VP et un agent de réticulation bifonctionnel capable de former deux liaisons hydrogène, le 4,4'-biphénol (BiOH), a été préparé pour faciliter le processus d’électrofilage des solutions de P4VP. Pour mieux comprendre ce complexe, une nouvelle méthode de spectroscopie infrarouge (IR) a d'abord été développée pour quantifier l'étendue de la complexation. Elle permet de déterminer un paramètre clé, le rapport du coefficient d'absorption d'une paire de bandes attribuées aux groupements pyridines libres et liées par liaisons hydrogène, en utilisant la 4-éthylpyridine comme composé modèle à l’état liquide. Cette méthode a été appliquée à de nombreux complexes de P4VP impliquant des liaisons hydrogène et devrait être généralement applicable à d'autres complexes polymères. La microscopie électronique à balayage (SEM) a révélé l'effet significatif du BiOH sur la facilité du processus d’électrofilage de P4VP de masses molaires élevées et faibles. La concentration minimale pour former des fibres présentant des perles diminue dans le N, N'-diméthylformamide (DMF) et diminue encore plus lorsque le nitrométhane, un mauvais solvant pour la P4VP et un non-solvant pour le BiOH, est ajouté pour diminuer l'effet de rupture des liaisons hydrogène causé par le DMF. Les liaisons hydrogène dans les solutions et les fibres de P4VP-BiOH ont été quantifiées par spectroscopie IR et les résultats de rhéologie ont démontré la capacité de points de réticulation effectifs, analogues aux enchevêtrements physiques, à augmenter la viscoélasticité de solutions de P4VP pour mieux résister à la formation de gouttelettes. Cette réticulation effective fonctionne en raison d'interactions entre le BiOH bifonctionnel et deux chaînes de P4VP, et entre les groupements hydroxyles du BiOH complexé de manière monofonctionnelle. Des études sur d’autres agents de réticulation de faible masse molaire ont montré que la plus forte réticulation effective est introduite par des groupes d’acide carboxylique et des ions de zinc (II) qui facilitent le processus d’électrofilage par rapport aux groupements hydroxyles du BiOH. De plus, la sublimation est efficace pour éliminer le BiOH contenu dans les fibres sans affecter leur morphologie, fournissant ainsi une méthode élégante pour préparer des fibres de polymères purs dont le processus d’électrofilage est habituellement difficile. Deux complexes entre la P4VP et des azobenzènes photoactifs portant le même groupement tête hydroxyle et différents groupes queue, soit cyano (ACN) ou hydrogène (AH), ont été étudiés par spectroscopie infrarouge d’absorbance structurale par modulation de la polarisation (PM-IRSAS) pour évaluer l'impact des groupements queue sur leur performance lors de l'irradiation avec de la lumière polarisée linéairement. Nous avons constaté que ACN mène à la photo-orientation des chaînes latérales de la P4VP et des azobenzènes, tandis que AH mène seulement à une orientation plus faible des chromophores. La photo-orientation des azobenzènes diminue pour les complexes avec une teneur croissante en chromophore, mais l'orientation de la P4VP augmente. D'autre part, l'orientation résiduelle après la relaxation thermique augmente avec la teneur en ACN, à la fois pour le ACN et la P4VP, mais la tendance opposée est constatée pour AH. Ces différences suggèrent que le moment dipolaire a un impact sur la diffusion rotationnelle des chromophores. Ces résultats contribueront à orienter la conception de matériaux polymères contenant des azobenzène efficaces.

Polymer supported metal complexes as catalysts for oxidation of thiosalts by molecular oxygen IV. Quaternised poly(4-vinyl pyridine) complexes with Cu2+ as template

Copper(II) complexes of quaternised poly(4-vinylpyridine) (PVP) of different degrees of quaternisation and copper content have been prepared by crosslinking the polymer with 1,2-dibromoethane in the presence of Cu2+ ion as template. The stability constant of the PVP---Cu(II) complexes is found to increase with the degree of crosslinking quaternisation of the resin, but the rate at which Cu2+ is adsorbed by the resin decreases. An optimum combination of both stability and rate can be achieved with a moderate degree (31%) of crosslinking. A kinetic study reveals that quaternisation increases significantly the catalytic activity of the complex for the oxidation of S2O2−3 by O2 compared with PVP----Cu(II) without quaternisation, but it deactivates the complex for the oxidation of both S3O2−6 and S4O2−6. The batch reactor oxidation kinetics at pH 2.16, where the rate is observed to be maximum, is well explained by the Langmuir—Hinshelwood model assuming the coordination of both O2 and thioanion to Cu(II) as a precursor to the oxidation reaction.

Effect and mechanism in compatibilization of poly(styrene-b-2-ethyl-2-oxazoline) diblock copolymer in poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) poly(ethylene-ran-acrylic acid) blends

The compatibilization effect of poly(styrene-b-2-ethyl-2-oxazoline) diblock copolymer, P(S-b-EOx), on immiscible blends of poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) (PPO) and poly(ethylene-co-acrylic acid) (EAA) is examined in terms of phase structure and thermal, rheological and mechanical properties, and its compatibilizing mechanism is investigated by Fourier-transform infrared spectroscopy. The block copolymer, synthesized by a mechanism transformation copolymerization, is used in solution blending of PPO/EAA. Scanning electron micrographs show that the blends exhibit a more regular and finer dispersion on addition of a small amount of P(S-b-EOx). Thermal analysis indicates that the grass transition of PPO and the lower endothermic peal; of EAA components become closer on adding P(S-b-EOx), and the added diblock copolymer is mainly located at the interface between the PPO and EAA phases. The interfacial tension estimated by theological measurement is significantly reduced on addition of a small amount of P(S-b-EOx). The tensile strength and elongation at break increase with the addition of the diblock copolymer for PPO-rich blends, whereas the tensile strength increases but the elongation at break decreases for EAA-rich blends. This effect is interpreted in terms of interfacial activity and the reinforcing effect of the diblock copolymer, and it is concluded that the diblock copolymer plays a role as an effective compatibilizer for PPO/EAA blends. The specific interaction between EAA and polar parts of P(S-b-EOx) is mainly hydrogen bonding. (C) 1998 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Crystallization of weakly segregated poly(styrene-b-epsilon-caprolactone) diblock copolymer in thin films

The surface morphology and crystallization behavior of a weakly segregated symmetric diblock copolymer, poly(styrene-b-6-caprolactone) (PS-b-PCL), in thin films were investigated by optical microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and atomic force microscopy (AFM). When the samples were annealed in the molten state, surface-induced ordering, that is, relief structures with uniform thickness or droplets in the adsorbed monolayer, were observed depending on the annealing temperature. The polar PCL block preferred to wet the surface of a silicon wafer, while the PS block wet the air interface. This asymmetric wetting behavior led to the adsorbed monolayer with a PCL block layer having a thickness of around 4.0 nm. The crystallization of PCL blocks could overwhelm the microphase-separated structure because of the weak segregation. In situ observation of crystal growth indicated that the nucleation process preferred to occur at the edge of the thick parts of the film, that is, the relief structures or droplets. The crystal growth rate was presented by the time dependence of the distance between the tip of crystal clusters and the edge. At 22 and 17 degreesC, the average crystal growth rates were 55 +/- 10 and 18 +/- 4 nm/min, respectively.

ISOPOLYMOLYBDIC ACID-POLY(4-VINYL)PYRIDINE FILM MODIFIED ELECTRODE

Electrochemical polymerization of 4-vinylpyridine produced a uniform poly(4-vinyl)pyridine(PVP) film on the glassy carbon (GC) electrode surface. The isopolymolybdic acid-PVP film-modified electrode was prepared by soaking the PVP/GC electrode in the 0.05 M H2SO4 aqueous solution containing 0.005 M isopolymolybdic acid (H4Mo8O26). The latter (catalyst) is incorporated and held in the PVP film electrostatically. The electrochemical behavior and electrocatalytic properties of this H4Mo8O26-PVP/GC electrode was described. The results indicate that this modified electrode has good stability and electrocatalytic activity on the reduction of chlorate and bromate ions in aqueous solution. The catalytic process is regarded as an EC mechanism.

Synthesis and crystallization behaviors of poly(styrene-b-isoprene-b-epsilon-caprolactone) triblock copolymers

The triblock copolymers, poly(styrene-b-isoprene-b-epsilon-caprolactone)s (PS-b-PI-b-PCL) have been synthesized successfully by combination of anionic polymerization and ring-opening polymerization. Diblock copolymer capped with hydroxyl group, PS-b-PI-OH was synthesized by sequential- anionic polymerization of styrene and isoprene and following end-capping reaction of EO, and then it was used as macro initiator in the ring-opening polymerization of CL. The results of DSC and WAXD show big effect of amorphous PS-b-PI on the thermal behaviors of PCL block in the triblock copolymers and the lower degree of crystalline in the triblock copolymer with higher molecular weight of PS-b-PI was observed. The real-time observation on the polarized optical microscopy shows the spherulite growth rates of PCL27, PCL328 and PS-b-PI-b-PCL344 are 0.71, 0.46 and 0.07 mu m s(-1), respectively. The atomic force microscopy (AFM) images of the PS90-b-PI66-b-PCL-(28) show the columns morphology formed by it's self-assembling.

Competition of lamellar orientation in thin films of a symmetric poly(styrene)-b-poly(L-lactide)diblock copolymer in melt state

We have studied the lamellar orientation in thin films of a model diblock copolymer, symmetric poly(styrene)-b-poly(L-lactide) (PS-PLLA), in the melt state on supported silicon wafer surface. In this system, while the PLLA block prefers to wet the polymer/substrate interface, the polymer/air as well as polymer/polymer interface is neutral for both blocks due to the similar surface energies of PS and PLLA in melt state. Our results demonstrate that the interplay of the interfaces during phase separation results in a series of structures before approaching the equilibrium state. Lamellar orientation of thin films with different initial film thicknesses at different annealing stages has been investigated using atomic force microscopy (AFM), transmission electronic microscopy (TEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). It is found that in the early stage (annealing time t < 10 min), the polymer/substrate interface dominates the structure evolution, leading to a parallel lamellar structure with holes or islands formed depending on the initial film thickness. Later on, the neutral air interface becomes important and leads to a transition of lamellar orientation from parallel to perpendicular. It is interesting to see that for films with thickness h > 2L, where L is the bulk lamellar period, the lamellar orientation transition can occur independently in different parallel lamellar domains due to the neutrality of polymer/polymer interface.

Control of self-organized low-dimensional morphology in Poly(styrene-b-4vinylpyridine)/polystyrene blend thin films

The surface morphologies of poly(styrene-b-4vinylpyridine) (PS-b-P4VP) diblock copolymer and homopolystyrene (hPS) binary blend thin films were investigated by atomic force microscopy as a function of total volume fraction of PS (phi(PS)) in the mixture. It was found that when hPS was added into symmetric PS-b-P4VP diblock copolymers, the surface morphology of this diblock copolymer was changed to a certain degree. With phi(PS) increasing at first, hPS was solubilized into the corresponding domains of block copolymer and formed cylinders. Moreover, the more solubilized the hPS, the more cylinders exist. However, when the limit was reached, excessive hPS tended to separate from the domains independently instead of solubilizing into the corresponding domains any longer, that is, a macrophase separation occurred. A model describing transitions of these morphologies with an increase in phi(PS) is proposed. The effect of composition on the phase morphology of blend films when graphite is used as a substrate is also investigated.