In the past decade, electrostatic layer-by-layer (LBL) assembly has gained attention because it is a facile and robust method to prepare thin polymer films. Due to the industrial importance and natural abundance of cellulose, its incorporation into LBL films is of particular interest. This thesis examines the use of nanocrystalline cellulose, prepared by sulfuric acid hydrolysis of cotton, in polyelectrolyte multilayer films. Conventional solution-dipping and a spin-coating variant of LBL assembly both resulted in chemically defined, reproducible, and smooth films with adjustable properties. Surface morphology was studied by atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM), and film growth was monitored by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and optical techniques. Orientation of the rod-like cellulose nanocrystals imparted anisotropic film properties, and birefringence was calculated from angle dependent and wavelength dependent optical reflectometry measurements. While spin-coating resulted in radial orientation of the nanocrystals, electrostatic adsorption in a magnetic field led to linear alignment. The internal structure, surface orientation and wettability of these materials were investigated. The attractive and repulsive forces acting close to the surface of the multilayer films in aqueous media were measured by colloid-probe AFM and the interaction forces between the film surfaces and charged colloidal-probes were compared to the predictions of the DLVO theory. The applications and advantages of polyelectrolyte multilayers containing nanocrystalline cellulose and their potential as model cellulose surfaces are discussed.

Au cours de la derniere decennie, 1'assemblage electrostatique couche par couche (CPC) a connu un gain de notoriete comme etant une methode facile et robuste pour la preparation de films minces de polymere. En raison de son importance industrielle et de son abondance naturelle, la cellulose revet un attrait particulier a etre incorporee dans les films CPC. Cette these examine l'utilisation de cellulose nanocristalline, preparee par l'hydrolyse du coton par l'acide sulfurique, dans un film polyelectrolyte multicouche. La preparation conventionnelle par adsorption electrostatique ainsi qu'une variante de l'assemblage CPC avec coulage par rotation ont donne des films lisses, chimiquement bien definis, reproductibles et ayant des proprietes ajustables. La morphologie de leur surface a ete etudiee par microscopie a force atomique (MFA) et par microscopie electronique a balayage (MEB). L'assemblage des films a ete observe par spectrometrie photoelectronique aux rayons X (SPX) et par des techniques optiques. Les nano-cristaux de cellulose, en forme de batonnets, s'orientent de maniere a conferer aux films des proprietes anisotropiques. La birefringence des films a ete calculee par reflectometrie mesuree a differents angles et longueurs d'ondes. Les nano-cristaux adoptent un alignement radial lorsque prepares par coulage par rotation, tandis qu'ils adoptent un alignement lineaire lorsque prepares par adsorption electrostatique dans un champ magnetique. La structure interne, l'orientation de surface et la capacite de mouillage de ces materiaux ont ete etudiees. Les forces d'attraction et de repulsion a proximite de la surface des films multicouches ont ete mesurees en milieu aqueux par sonde colloi'dale MFA. Les interactions de ces forces ont ete comparees aux previsions de la theorie DLVO. Les applications et avantages des films polyelectrolyte multicouche contenant de la cellulose nanocristalline et leur potentiel en tant que surface modele pour la cellulose sont discutes.