Dissertations / Theses on the topic 'Greffage radicalaire'

L'utilisation de complexes donneur-accepteur (ctc) s'est revelee tres favorable au renforcement du greffage radicalaire d'anhydride maleique (am) sur polypropylene (pp) a l'etat fondu et ce, au detriment de la reaction de coupure de chaines par beta-scission. Le choix des monomeres donneurs associes a l'am dans les complexes a transfert de charge a ete fonde sur une etude rmn de leur stabilite en milieu apolaire, a differentes temperatures. Parmi eux, le styrene (st) est le plus efficace, en formant un complexe dont la concentration reste notable meme a 200c. Il en resulte des taux de greffage eleves des deux especes, meme avec des concentrations de peroxyde particulierement faibles, minimisant par consequent l'etendue des reactions secondaires. L'etude fine des especes greffees a exclu la presence de greffons longs. Une autre forme d'activation de la double liaison de l'anhydride maleique, par introduction d'un substituant attracteur en position alpha, a eu pour consequences un greffage quantitatif, avec l'anhydride maleique brome par exemple, et l'obtention d'une structure modifiee de la polyolefine

Découvert en 2006 au Laboratoire de Chimie des Surfaces et Interfaces (CEA Saclay), le procédé de Surface Electroinitiated Emulsion Polymerization (SEEP) est une nouvelle technique électrochimique de greffage covalent de films polymères fins sur des surfaces conductrices ou semi-conductrices à partir de solutions aqueuses, et ce, quelle que soit la solubilité du monomère dans l'eau. Son principe repose sur une polymérisation radicalaire électro-amorcée en milieu aqueux dispersé via la réduction de sels d'aryldiazonium. Sa mise en oeuvre et le processus réactionnel impliqué résultent de la combinaison de trois techniques : l'électrogreffage cathodique, la réduction électrochimique des sels d'aryldiazonium en radicaux aryles et la polymérisation radicalaire en milieu aqueux dispersé (émulsion ou miniémulsion). Ainsi, dans un système biphasique (miniémulsion), en présence d'un sel de diazonium, d'un monomère hydrophobe ((méth)acrylate) et d'un tensioactif (SDS), le procédé SEEP conduit, sous polarisation cathodique, en milieu acide (H2SO4), en quelques minutes et à température ambiante, à des films de polymère de quelques dizaines de nanomètres d'épaisseur solidement greffés au substrat. L'objectif de ces trois années de travail a été d'optimiser les conditions et les paramètres de synthèse des films par SEEP afin de mieux contrôler l'épaisseur des films greffés, mais surtout de comprendre le mécanisme moléculaire réactionnel de construction de ces films polymères. Celui-ci procède selon les trois étapes classiquement rencontrées dans une polymérisation radicalaire en chaîne conventionnelle (amorçage, propagation et terminaison), à la différence près que les réactions de terminaison correspondent à l'étape de greffage des macroradicaux formés dans la phase continue et sont, en réalité, des réactions de transfert. La polymérisation est amorcée en phase aqueuse par les radicaux hydrogènes et aryles, respectivement issus de la réduction électrochimique des protons et des sels d'aryldiazonium. Parallèlement, les radicaux aryles forment une sous-couche d'accroche de polyaryle greffée sur le substrat selon un mécanisme déjà reporté dans la littérature. La propagation se poursuit dans la phase aqueuse jusqu'à un degré de polymérisation critique au-delà duquel les oligoradicaux réagissent avec les noyaux aromatiques des groupements aryles de la sous-couche (réaction de transfert au polymère). De ce mécanisme de type « grafting to », il résulte des films de structure mixte polyaryle / poly(méth)acrylate / groupements aryles, spécifique aux films issus du procédé SEEP.

L’objectif de cette thèse a été d’étudier les aspects fondamentaux et mécanistiques d’un procédé de greffage de films fins de polymère innovant appelé SEEP pour Surface Electroinitiated Emulsion Polymerization. Développé en 2006 au Laboratoire de Chimie des Surfaces et Interfaces, ce procédé s’inspire d’une technique d’électrogreffage déjà établie au laboratoire depuis les années 80 et résulte d’une habile combinaison entre polymérisation radicalaire en milieu aqueux dispersé, électrogreffage cathodique de monomères vinyliques et électroréduction de sels de diazonium. La voie de polymérisation radicalaire induite grâce à la chimie des sels de diazonium, espèce employée en tant qu’amorceur, permet de s’affranchir de l’utilisation de solvants organiques, néfastes pour l’environnement, et autorise ainsi l’utilisation de l’eau comme solvant. Après optimisation du mélange réactionnel biphasique, des conditions et des paramètres de synthèse, le mécanisme réactionnel de construction des films a été établi. Les étapes d’amorçage et de propagation ayant lieu dans la phase aqueuse, il s’agit d’un mécanisme de « grafting to ». La dernière étape (réaction de transfert) correspond à l’accroche des oligoradicaux sur la surface.

La technique de greffage chimique, constitue une des méthodes de modification de surfaces des fibres textiles. La plupart des études citées dans la littérature ont été focalisées aux niveaux amélioration des propriétés des textiles et optimisation du taux de greffage. Dans notre étude, nous avons pris l'initiative d'étudier la manière dont le greffon s'organise à la surface des fibres de PA6,6 en fonction de la concentration en amorceur. Les monomères étudiés sont le méthacrylate de méthyle (MMA) et l'acide méthacrylique (MAA). Des taux de greffage de même ordre de grandeur ont été atteints pour quatre valeurs de concentration en amorceur fixées au préalable. Une caractérisation morphologique par la technique de la microscopie à force atomique, nous a permis de confirmer l'importance de la concentration en amorceur sur l'organisation du greffon et la morphologie des fibres de PA6,6 greffées. La caractérisation thennodynamique, réalisée par une étude de mouillage, nous a permis de mettre en évidence l'influence de la concentration en amorceur sur les propriétés thermodynamiques ainsi que sur le taux de recouvrement des surfaces des fibres de PA6,6 greffées. Le taux de PMAA greffé à structure réticulée a été étudié en fonction de la concentration en amorceur.

La fonctionnalisation de surface par réduction de précurseurs diazoniums est une puissante méthode de fonctionnalisation de surface. Cependant, bien que cette approche permette l’obtention de matériaux robustes, elle reste encore mal maîtrisée et conduit systématiquement à l’élaboration de films organiques épais, non reproductibles, et structurellement désorganisés. Dans ce contexte, nous avons développé une méthodologie permettant le contrôle du greffage dans le but de réaliser des matériaux organisés et reproductibles. Basée sur l’utilisation de piégeur de radicaux, cette méthode a permis l’obtention d’une monocouche sur un substrat carboné. La stratégie de contrôle a ensuite été exploitée pour bloquer sélectivement le mécanisme radicalaire et évaluer le rôle des mécanismes non-radicalaires dans le processus de greffage. Cette étude a permis une meilleure caractérisation du processus de greffage et mis en lumière l’impact du substituant du précurseur diazonium sur le processus de croissance du film organique. L’exploitation de ces connaissances a été mise à profit via la réalisation d’une plateforme monocouche multifonctionnelle. L’étude des relations structures/propriété a révélé des performances accrues en matière de transfert électronique et d’électro catalyse. Pour finir, la transposition de la méthode de contrôle à un greffage de type spontané a fourni un résultat similaire à celui observé pour le greffage électro-induit. L’approche a été validée par l’optimisation des performances d’un super condensateur réalisé à base de matériaux carbonés dispersés
The surface functionalization by diazonium salt reduction is a powerful grafting method. However, despite that this approach allows the preparation of robust materials, it leads to thick and unorganized organic films. In this context, we have developped a method allowing the grafting control in order to obtain films having controlled thickness. Based on the use of radical scavengers, this method gives access to monolayer formations on carbon substrates. The control strategy was then exploited to selectively block the radical grafting mechanism and allows to assess the role of non-radical mechanisms in the process. This study provided a better understanding of the layer growth, highlighting the impact of precursor substituent.This knowledge has been used to elaborate a multifunctional platform monolayer. The establishment of sutructure/properties relathionships revealed better performances for electronic transfert and electrocatalysis. Finally, the control method was transposed to the spontaneous grafting and gives similar results than those obtained for the electrochemical one. This approach was validated by the performance optimization of supercapacitor made of carbon powder

Ce travail porte sur le greffage radicalaire de méthacrylate de méthyle sur un poly(éthylène-co-1-octène) par extrusion réactive. Le contrôle de l'architecture des copolymères greffés nécessite la compréhension des mécanismes réactionnels mis en jeu, à température et viscosité élevées. Grâce à une étude sur molécules modèles, les sites de greffage, les réactions gouvernant la masse molaire des greffons, ainsi que les réactions compétitives à l'origine de l'homopolymérisation ont pu être quantifiées. L'étude modèle, complétée par une simulation numérique, souligne la nécessité de diminuer la température du milieu réactionnel pour favoriser la réaction de greffage. Parallèlement, l'extrusion réactive confirme les tendances dégagées par l'étude modèle et met en évidence l'influence des conditions de mélange sur la morphologie. Enfin, l'utilisation de radicaux nitroxyles pour limiter la réaction d'homopolymérisation, n'améliore pas significativement l'efficacité du greffage.

Ce travail porte sur le greffage radicalaire de l'anhydride maléique sur un polyéthylène basse densité, en voie fondu, et en présence d'un abstracteur d'atome d'hydrogène. L'utilisation des radicaux nitroxyle, comme agent de terminaison, en présence d'un peroxyde a permis de bloquer la réaction de réticulation du polyéthylène, réaction secondaire fréquemment rencontré lors de l'utilisation de radicaux peroxyle, tout en permettant le greffage d'une faible quantité d'anhydride maléique. L'élimination d'une partie de l'anhydride maléique et des radicaux nitroxyle via des réactions secondaires à haute température semble toutefois inévitable. La substitution du peroxyde par une alcoxyamine dans le rôle d'abstracteur d'atome d'hydrogène a alors permis d'atteindre des taux de greffage en anhydride maléique supérieurs pour une modification des propriétés rhéologiques du polyéthylène équivalente. Néanmoins, des incertitudes demeurent encore sur le mécanisme de décomposition thermique de cette alcoxyamine permettant la réaction de greffage.

Ce travail porte sur le greffage radicalaire de l'anhydride maléique sur un polyéthylène basse densité, en voie fondu, et en présence d'un abstracteur d'atome d'hydrogène. L'utilisation des radicaux nitroxyle, comme agent de terminaison, en présence d'un peroxyde a permis de bloquer la réaction de réticulation du polyéthylène, réaction secondaire fréquemment rencontré lors de l'utilisation de radicaux peroxyle, tout en permettant le greffage d'une faible quantité d'anhydride maléique. L'élimination d'une partie de l'anhydride maléique et des radicaux nitroxyle via des réactions secondaires à haute température semble toutefois inévitable. La substitution du peroxyde par une alcoxyamine dans le rôle d'abstracteur d'atome d'hydrogène a alors permis d'atteindre des taux de greffage en anhydride maléique supérieurs pour une modification des propriétés rhéologiques du polyéthylène équivalente. Néanmoins, des incertitudes demeurent encore sur le mécanisme de décomposition thermique de cette alcoxyamine permettant la réaction de greffage
This work deals with melt grafting of maleic anhydride onto low density polyethylene using radical initiators which are able to abstract hydrogen from the polyolefin backbone. The use of a nitroxide radical as a termination reagent in presence of peroxide allowed to prevent the polyethylene crosslinking during the maleic anhydride grafting. Indeed, the polyethylene crosslinking is the main side reaction but the elimination of a small proportion of the reagents (monomer and nitroxide radical) through other side reactions seems to be unavoidable. The peroxide substitution by an alcoxyamine leaded to a higher grafted maleic anhydride rate for the same polyethylene rheological modification. Nevertheless, the thermal decomposition mechanism of the alcoxyamine which makes the grafting reaction possible is still uncertain

Les nanotubes de carbone (NTCs) sont des charges particulièrement intéressantes car ils présentent des facteurs de forme (longueur/diamètre) très élevés. Cependant, le développement de ces applications à haute valeur ajoutée a été freiné par les problèmes de mise en oeuvre des NTCs (résultant de la difficulté de les disperser dans un milieu polymère) et par la formation d'agrégats de nanotubes en " fagots ", ne permettant pas l'obtention de mélanges homogènes. La solution réside dans la fonctionnalisation des nanotubes avec des chaînes polymères afin de réduire l'effet des interactions entre NTCs et d'assurer une meilleure comptabilisation avec le polymère hôte au cours du mélange. Ici, nous nous sommes intéressés à la fonctionnalisation des nanotubes de carbone par des polyoléfines en utilisant une procédure de greffage radicalaire de type " grafting onto ".

L'objectif de la thèse est d'expérimenter et de valider de nouvelles voies d'exfoliation des feuillets de graphène dans des élastomères de type silicone (PDMS) et des thermoplastiques de type polyéthylène (PE). Ce projet s'appuie sur des étapes de modifications chimiques des feuillets de graphite oxydé (GO) dont la polarité initiale n'offre pas une compatibilité satisfaisante avec les matrices étudiées. Différentes approches ont été explorées : la synthèse du GO greffé PDMS a été réalisée avec succès par greffage directe d'un PDMS fonctionnalisé triéthoxysilane et par une réaction d'hydrosilylation catalytique de GO modifiés vinyltriméthoxysilane en présence de polyméthylhydrogénosiloxane. Une étude des propriétés viscoélastiques de suspensions de GO et GO modifié/PDMS a montré l'importance de l'interaction charge-charge sur la formation d'un réseau percolant. Le seuil de percolation rhéologique du GO a été obtenu à 1,75 %wt avec Af~60. En se basant sur le greffage radicalaire du pentadécane par abstraction d'atomes d'H par un peroxyde à haute température, il a été possible d'extrapoler cette réaction pour procéder au greffage d'un PE de faible masse molaire (Mn~2000). De plus, des PE fonctionnalisés thiol et azoture de Mn similaire ont aussi été greffés sur des dérivés du graphite par addition radicalaire et de Michael. Après sélection d'une charge présentant une conductivité en poudre proche du graphite et une bonne affinité pour les milieux alcanes, un nano-composite à base de PEBD présentant des propriétés électriques convenables pour une application de blindage électromagnétique (4.105 Ω.cm à 25%wt) a été réalisé et ceci sans utiliser d'agents réducteurs toxiques
The aim of this thesis was to experiment and validate new means of graphene exfoliation in an elastomer matrix such as silicone (PDMS) and a thermoplastic matrix such as polyethylene (PE). Because of the low affinity of graphene oxide for these matrices due to its high polarity, its chemical modification was carried out. Different approaches were explored: the grafting of PDMS onto GO was carried out with success by a direct functionalization with a PDMS terminated triethoxysilane and by a catalytic hydrosilation reaction of a PDMS terminated Si-H onto vinyltrimethoxysilane modified GO. The viscoelastic behavior of GO and modified GO/PDMS suspensions showed the importance of the filler-filler interaction on the formation of a percolating network. The rheological percolation threshold of the GO/PDMS suspension was obtained at ~1.75 wt% with an aspect ratio (Af) of ~60. In addition, the grafting of PE onto GO was studied with the high temperature radical grafting of pentadecane formed by a hydrogen atom abstraction with a peroxide, which was then extrapolated to a low molecular PE (Mn~2000). Moreover, thio and azide functionnalized PE with a similar Mn were also grafted onto graphite derivatives by a radical and a Michael addition. After choosing the filler which presented the closest electrical conductivity to the one of graphite powder and a good affinity for a heptane media, a LDPE based nano-composite that presented suitable electrical properties for an electromagnetic shielding application (4 105 Ω.cm at 25 wt%) was obtained and this without any use of toxic reducing agents

L'auto-assemblage en solution aqueuse des copolymères di-blocs amphiphiles à base de polystyrène (hydrophobe) et de poly(acide acrylique) (hydrophile et polyélectrolyte) est connue et décrit dans la littérature. Ils mènent à la formation d'agrégats dynamiquement « gelés » (indissociables et insensibles à divers stimuli tels que le pH). L'objectif de cette thèse était d'obtenir une agrégation pH-sensible réversible de copolymère à base de PS et de PAA.
La polymérisation par l'intermédiaire de nitroxyle , nous a permis de synthétiser des copolymères di-blocs classiques PS-b-PAA mais aussi un type de copolymère original constitué d'un bloc pur de PAA et d'un second bloc à gradient de composition PS-grad-PAA. Le passage d'agrégats gelés, pour les copolymères PS-b-PAA, à des micelles dynamiques et une micellisation réversible pH-sensible pour les copolymères à gradient de composition a été mis en évidence.
Nous avons aussi greffés chimiquement ces copolymères à gradient de composition sur des surfaces de silicium. Un comportement similaire à celui révélé en solution a alors été observé. Il est ainsi possible de moduler, de manière réversible, la structure de la surface selon le pH. A bas pH, on forme une surface rugueuse du fait de la présence d'agrégats et à pH basique on obtient une surface hydrophile homogène.
L'ensemble des résultats, que ce soit en solution ou sur des surfaces greffées, montrent la grande complexité de comportement de ce nouveau type de copolymère amphiphile et ouvre la voie à de nombreuses applications comme l'encapsulation ou le re-largage de principes actifs et formations de bio-récepteurs ou bio-capteurs.

Les complexes métalliques chiraux de type salen sont connus pour la diversité de leur utilisation en catalyse conduisant à la préparation de nombreux synthons énantio-enrichis. Conformément au concept de chimie verte, l'un des principaux objectifs est d'établir une procédure efficace pour la récupération et la réutilisation de ces catalyseurs. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est de fonctionnaliser la surface du silicium par greffage covalent de ces catalyseurs par polymérisation contrôlée notamment la polymérisation radicalaire par transfert d’atome (ATRP) pour leur récupération et leur réutilisation. Ainsi, des copolymères de styrène contenant 5 à 50 mol% d’un comonomère salen dissymétrique ont été synthétisés par ATRP en solution. Le caractère contrôlé des polymérisations n’est obtenu que lorsque l’incorporation du comonomère salen est inférieure ou égale à 10 mol %.Après complexation au cobalt, les polymères correspondants se sont révélés capables de réaliser une activation coopérative efficace, conduisant au produit ciblé avec des rendements et des sélectivités élevés en tant que catalyseurs dans la réaction de dédoublement cinétique hydrolytique de l’épibromohydrine.Nous avons également réalisé la polymérisation du styrène sur la surface de silicium par ATRP après greffage de l’amorceur. Plusieurs méthodes de greffage de l’amorceur ont été utilisées soit d’une manière directe à partir de la surface hydrogénée, soit indirecte à partir d’une surface acide ou ester. Le styrène a été ensuite efficacement polymérisé en masse avec succès de façon contrôlée sur le silicium, avec des épaisseurs de couche comprise entre 9 et 29 nm déterminées par ellipsométrie et microscopie à force atomique
Chiral metal complexes of salen type are known for their efficient catalytic activity leading to the preparation of enantioselective enriched synthons. In accordance with the concept of green chemistry, one of the main challenge is to establish a procedure for the recovery and reuse of these catalysts. In this context, the objective of this work is to functionalize the silicon surface by grafting these catalysts by controlled polymerization especially by Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) to facilitate their recovery and reuse.Thus, styrene copolymers containing 5 to 50 mol % of an disymmetric salen comonomer were synthesized by ATRP in solution. The controlled nature of the polymerizations is obtained only when the incorporation of the salen comonomer is less than or equal to 10%.After complexation with cobalt, these complexes are shown to be capable of effective cooperative activation, leading to the targeted product with high yields and selectivities as catalysts in Hydrolytic Kinetic Resolution (HKR) of epibromohydrin.Constantio Constantini fratre imperatoris, matreque Galla.We also reported the polymerization of styrene on the silicon surface by ATRP after grafting of the initiator. Several methods of initiator grafting have been used either directly from the hydrogenated surface or indirectly from an acid or ester surface. Styrene has been successfully mass polymerized in a controlled manner on silicon with thicknesses of 9-29 nm of the layer obtained by ellipsometry and Atomic Force Microscopy

Ce travail concerne la modification de surface de nanoparticules magnétiques (MNP) par des copolymères réactifs renfermant des cycles azlactone, aux fins de l’élaboration de nano-supports destinés à l’immobilisation de biomolécules. Trois stratégies basées sur des techniques de polymérisation radicalaire contrôlée ont été mises en œuvre.Dans la première, un copolymère poly(méthacrylate de poly(éthylène glycol)-stat-2-vinyl-4,4-diméthylazlactone) (poly(PEGMA-stat-VDM)) a été préparé par polymérisation radicalaire par transfert d’atome (ATRP) selon la technique « grafting from » à partir des MNP et utilisé pour la bioconjugaison de thymine peptide nucleic acid (PNA). La présence de l’écorce polymère et l’immobilisation du PNA ont été confirmées par différentes techniques complémentaires (FTIR, VSM).La deuxième stratégie est basée sur l’élaboration de MNP greffées pour la bioconjugaison de l’acide folique, via l’ARTP du PEGMA et de la VDM. L’analyse par microscopie électronique à transmission (TEM) a montré qu’après bioconjugaison les MNP possèdent une très bonne aptitude à la dispersion en milieu aqueux.La troisième stratégie met en œuvre la technique «grafting onto » de copolymères poly(oxyde d’éthylène)-bloc-poly(2-vinyl-4,4-dimethylazlactone) (PEO-b-PVDM) pour la préparation de nanosupports magnétiques recyclables. Des copolymères à blocs PEO-b-PVDM ont été préparés par la technique de polymérisation RAFT puis greffés sur des MNP fonctionnalisées amino-silane. Les analyses en TEM et par spectroscopie de corrélation de photons ont révélé l’aptitude à la dispersion aqueuse et à la formation de nanoclusters. Les clusters ainsi obtenus ont été utilisés en tant que nanosupports magnétiques recyclables pour l’adsorption d’anticorps
We herein report the surface modification of magnetite nanoparticle (MNP) with copolymers containing active azlactone rings via a grafting ‘from’ and grafting ‘onto’ controlled radical polymerization (CRP) for use as a nano-solid support for immobilization with biomolecules. Three different approaches were presented as following. First, synthesis of poly(poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate-stat-2-vinyl-4,4-dimethylazlactone) (PEGMA-stat-VDM)-grafted MNP via a grafting ‘from’ atom transfer radical polymerization (ATRP) and its application as a platform for conjugating thymine peptide nucleic acid (PNA) monomer were presented. The presence of polymeric shell and the immobilization of thymine PNA on MNP core were confirmed by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and vibrating sample magnetometry (VSM) techniques. The second strategy is based on the synthesis of MNP grafted with PEGMA and VDM via ATRP for conjugation with folic acid (FA). The existence of PEGMA and VDM in the structure was characterized by FTIR, TGA and VSM. After the FA conjugation, Transmission Electron Microscopy (TEM) results indicated that the FA-conjugated MNP having high VDM content exhibited good dispersibility in water.Third, the synthesis of MNP grafted with poly(ethylene oxide)-block-poly(2-vinyl-4,4-dimethylazlactone) (PEO-b-PVDM) block copolymer via a grafting ‘onto’ strategy and its application as recyclable magnetic nano-support for adsorption with antibody were studied. PEO-b-PVDM diblock copolymers were first synthesized using reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization and then grafted onto amino-functionalized MNP. TEM images and photo correlation spectroscopy (PCS) indicated an improvement in the particle dispersibility in water after coating with the copolymers. The nanoclusters with PEO-b-PVDM copolymer coating were used as recyclable magnetic nano-supports for adsorption with antibody

L’objectif de cette thèse est le développement des matériaux polymères injectables innovants issus de ressources renouvelables et répondant aux exigences techniques automobiles. Pour cela, des mélanges à base de polyoléfines (POs) et du poly(3- hydroxybutyrate-co-hydroxyvalérate) (PHBV) ont été étudiés. Ces mélanges polymères étant non-miscibles, l’optimisation de leurs propriétés par compatibilisation a été réalisée selon différentes approches. Dans un premier temps, la synthèse de polypropylène fonctionnel original avec des taux de greffage relativement élevés et sans perte de masses molaires a permis, par réaction in-situ, la compatibilisation des mélanges PP/PHBV. Dans une deuxième partie, le poly(éthylène-co- alcool vinylique) greffé-poly(3- hydroxybutyrate-co- hydroxyvalérate) a été synthétisé par extrusion réactive, ce copolymère a été utilisé ensuite comme compatibilisant pour les mélanges PE/PHBV. L’ajout de ces compatibilisants a permis d’obtenir des matériaux ayant des propriétés optimisées et une morphologie nettement plus fine que les systèmes non compatibilisés démontrant ainsi leur efficacité
The main objective of this work is the development of innovative materials from renewable resources for the automotive industry. Polymer blends of polyolefins (POs) and poly(3-hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) were prepared through twin screw extruder process and studied. These polymer blends are non-miscible, then in order to optimize their final properties, compatibilizing agents were synthesized by reactive extrusion. On the one hand, functionalized polypropylene with various polar monomers and without significant molecular weight loss was synthesized with the aim to compatibilize PP/PHBV blends, on the other hand, poly(ethylene-co- vinylalcohol)-graft- poly(3-hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) was obtained by exchange reactions in the presence of an efficient catalyst and those in order to compatibilize PE/PHBV blends. Efficiency of these compatibilizers was investigated in the last part of this study which is dedicated to POs/PHBV polymer blends compatibilization. Materials with improved properties and finer morphologies than the non- compatibilized systems were obtained thanks to the compatibilizers

Dans cette thèse, la fonctionnalisation de surface de nanocristaux de cellulose (NCC) par estérification et polymérisation ATRP a été envisagée, dans le but de développer de nouveaux matériaux avancés. Une méthode pratique permettant de caractériser les polymères greffés en surface des NCC a d’abords été développée, à partir des analyses DLS, DSC et TGA. L’efficacité des méthodes SI-ATRP et SI-ARGET ATRP pour initier le greffage de polystyrène (PS) ou poly(4-vinylpyridine) (P4VP) à la surface des NCC a ensuite été comparée. Les nano-hybrides P4VP-g-NCC pH-responsifs, ont alors été utilisés pour stabiliser des nanoparticules d’or (AuNPs), dans le but de produire des catalyseurs recyclables. L’activité catalytique des matériaux Au@P4VP-g-CNC obtenus – testée avec la réduction du 4-nitrophenol – a été améliorée de manière significative par rapport aux AuNPs seuls. Des polymères UV-responsifs de poly(cinnamoyloxy ethyl methacrylate) (PCEM) ont également été greffés à la surface des NCC, pour produire des particules UV-absorbantes. Les nano-hybrides PCEM-g-CNC obtenus se sont avérés efficaces comme stabilisants UV/thermiques et agents de renforts dans les films PVC. Finalement, une méthode facile pour préparer des colloidosomes à partir d’émulsions de Pickering inverses stabilisées par des NCC modifiés par des groupes cinnamates a été proposée. Des colloidosomes aux parois robustes et permettant un relargage lent de molécules encapsulées comme la rhodamine B ou l’acide désoxyribonucléique fluorescent ont alors été obtenus
In this thesis, the surface functionalization of cellulose nanocrystals (CNC) by esterification and ATRP reactions was envisaged, with the objective to develop novel advanced materials. A convenient method to characterize the polymers grafted on CNC by Si-ATRP has been first developed, based on DLS, DSC and TGA analyses. The efficiency of the SI-ATRP and SI-ARGET ATRP methods to initiate the grating of polystyrene (PS) or poly(4-vinylpyridine) (P4VP) at the CNC surface were then compared. The pH-responsive P4VP-g-CNC nano-hybrids were subsequently utilized to stabilize gold nanoparticles (AuNPs), in view of producing recyclable catalysts. The catalytic activity of the Au@P4VP-g-CNC material – tested with the reduction of 4-nitrophenol – was significantly improved compared with single AuNPs. UV-responsive poly(cinnamoyloxy ethyl methacrylate) (PCEM) polymers were also grafted on CNC, to produce particles with UV absorbing properties. The PCEM-g-CNC nano-hybrids obtained turned out to be efficient UV/thermal stabilizers and reinforcing agents in PVC films. Finally, a facile method to prepare colloidosomes from w/o inverse Pickering emulsions stabilized by cinnamate-modified CNC was proposed. Colloidosomes with robust shells and allowing the slow release of encapsulated molecules such as rhodamine B or fluorescent deoxyribonucleic acid were then obtained

Le sujet de cette thèse consiste à incorporer une couronne de polymère hydrophile à la surface de particules de latex par amorçage et croissance en utilisant la polymérisation radicalaire contrôlée par transfert d'atome induite par les métaux. Les particules de latex, obtenues par, polymérisation radicalaire en émulsion ont été fonctionnalisées avec un " inimère ", monomère comportant une fonction halogénée capable de jouer le rôle d'amorceur dans l'étape de greffage. Cette étape de greffage a ensuite été effectuée en présence de CuBr2, PMDETA et d'un métal à valence zéro tel que le cuivre, àtempérature ambiante à partir de latex non post-purifiés (présence de tensio-actif et d'amorceur résiduels et à taux de solide élevés). Au cours du processus, l(incorporation de l'inimère et de la couronne hydrophile a été vérifée par ToF-SIMS (time-of-light secondary ion mass spectrometry), par FTIR et par l'étude des propriétés colloïdales des latex greffés.

Le but de ce projet a été d'améliorer un procédé de clarification développé par VEOLIA Environnement : l'Actiflo®. L'Actfilo® est basé sur l'ajout de microsable lors de l'étape de floculation afin d'augmenter les vitesses de décantation. Toutefois, une importante quantité de polymère est continuellement ajoutée au procédé, et des résiduels de ce dernier peuvent être rencontrés dans les eaux décantées. Notre travail a été de fonctionnaliser (i.e. greffer) le microsable avec un polymère floculant afin de pouvoir recycler en continu le matériau hybride par hydrocyclonage. La fonctionnalisation par « Grafting Onto » a consisté à greffer un polymère floculant commercial sur le microsable alors que la fonctionnalisation par « Grafting From » a consisté à faire croître un polymère floculant depuis la surface. Les capacités floculantes des microsables ont été testées en essais classiques de coagulation/floculation. Les microsables fonctionnalisés avec un polymère cationique par « Grafting From » ont démontré leur supériorité en conduisant à un abattement en Carbone Organique Dissous (COD) de 25% contre un abattement de 15 % pour le procédé classique ou pour les microsables fonctionnalisés par « Grafting Onto ». Une turbidité légèrement supérieure est toutefois toujours obtenue avec les sables fonctionnalisés par rapport à l'ajout de polymère libre (+ 0,5 NTU). Enfin, des procédés de régénération permettant de réutiliser les microsables ayant servi en coagulation/floculation ont été mis en place, le plus efficace d'entre eux étant un traitement à base d'Acide Oxalique. Ce traitement a permis de régénérer les propriétés floculantes du sable sur deux cycles
The purpose of this project was to improve a clarification process developed by VEOLIA Environment: The Actiflo®. The Actfilo® is based on adding microsand in the flocculation stage in order to increase the speed of sedimentation. However, a significant amount of polymeric flocculant is continuously added to the process, and residuals can be found in the decanted water. Our work was to graft a polymeric flocculant onto microsand in order to recycle the full hybrid material through hydrocycloning. Functionalization by "Grafting Onto" was based on grafting a commercial polymer onto microsand whereas “Grafting From” was based on surface-initiated polymerization. Flocculation properties of functionalized microsands were then tested in conventional coagulation/flocculation tests where the effectiveness of the two grafting methods was compared. Cationic functionalized sands, obtained by “Grafting From”, exhibit the best properties as a decrease of Dissolved Organic Carbon of 25% was reached whereas a decrease of 15% was reached by adding free polymer or adding sands from the “Grafting Onto” method. However final turbidity value was always slightly lower for the flocculation that occured when free polymer was added (- 0,5 NTU). Finally, regeneration processes to recycle the functionalized sands were established. The most effective of them being a treatment with Oxalic Acid. This treatment allowed us to regenerate flocculating properties of functionalized sands twice

Le polystyrène choc est un matériau amorphe et hétérogène constitué d'une matrice d'homopolystyrène dans laquelle sont dispersés des nodules de polybutadiène. Durant l'étape de prépolymérisation du procédé de synthèse de polystyrène choc, les macromolécules polybutadiène-greffé-polystyrène (PB-g-PS) et l'homopolystyrène sont produits. Le copolymère greffé PB-g-PS joue un rôle particulièrement important. En agissant comme agent émulsifiant, il contribue à diminuer fortement la tension interfaciale entre les phases polystyrénique et polybutadiénique, assurant ainsi la cohésion du matériau. De plus, la quantité de copolymère greffé PB-g-PS influence la taille, la distribution de taille et la morphologie des nodules de polybutadiène et, par conséquent, les propriétés physico-chimiques du matériau. Une méthode analytique basée sur la chromatographie liquide au point d'adsorption critique du polystyrène a été développée afin de suivre l'évolution de la quantité de copolymère greffé PB-g-PS produite lors de l'étape de prépolymérisation. Cette technique analytique a permis de déterminer l'activité greffante des amorceurs peroxydiques 1-8, utilisés industriellement lors du procédé de synthèse de polystyrène choc, et de mettre en évidence l'activité greffante d'une nouvelle famille d'agents greffants : les amine-boranes.

La fonctionnalisation post-polymérisation ou post-fonctionnalisation est une technique qui permet d’apporter des propriétés spécifiques à des polymères dont les caractéristiques intrinsèques sont limitées pour une application donnée. Parmi les différentes stratégies de post-fonctionnalisation, une des plus courantes est le greffage radicalaire en milieu fondu par extrusion réactive (T > 160 °C). Dans ce type de procédé, un précurseur de radicaux appelé agent de greffage est utilisé afin de greffer des unités fonctionnelles sur les chaines de polymère. A ce jour, ce sont les radicaux à base de peroxydes qui sont employés. Cependant, ces derniers engendrent souvent des réactions de réticulation de chaines qui réduisent l’efficacité du processus. Afin de surmonter ces inconvénients, il est alors important de développer de nouvelles structures pertinentes. Dans ce contexte, les travaux de recherche que nous avons entrepris dans cette thèse concernent la conception et l’étude de nouveaux agents de greffage dérivés d’acétoxyphtalimide (NAPI) pour la post-fonctionnalisation de polymères. Afin d’atteindre ces objectifs, notre démarche a été basée sur une approche multidisciplinaire comportant une étude théorique par modélisation moléculaire et une approche expérimentale incluant la synthèse et l’étude de réactivité des nouvelles structures. Par la suite, des essais de post-fonctionnalisation de polyéthylène, de polyamide ainsi que de poly(acide lactique) par ces nouveaux agents de greffage ont été réalisés. Ces essais ont montré des résultats prometteurs à l’utilisation de ces nouveaux composés par rapport aux peroxydes dans les systèmes d’extrusion
Post-functionalization is a technique which allows to introduce specific properties to polymers whose intrinsic characteristics are limited for a defined application. It has become an appropriate tool to answer the strong demand for performance materials that is constantly growing. Among the post-functionalization methods, one of the most exploited is the radical grafting of the polymers in the molten state by reactive extrusion (T> 160 ° C). In this type of process, a radical precursor called grafting agent is used to graft functional units (monomers) onto the polymer backbone. In this context, the conventional grafting agents used in extrusion are peroxides. However, the radicals generated by peroxide compounds often lead to side reactions, particularly crosslinking reactions of the polymer chains which limit the efficiency of the process. Thus, finding a new family of grafting agents remains a challenge to optimize these extrusion systems. In this research work, the main objective is to use new grafting agents based on acetoxyphthalimide (NAPI) for extrusion. To reach this goal, our strategy is based on a multidisciplinary approach which presents a theoretical study by chemical modeling and an experimental approach by the synthesis and the reactivity study of the targeted structures. To validate the concept, polyethylene, polyamide and polylactic acid post-functionalization tests through these new grafting agents have been carried out. The results obtained have shown that these NAPI derivatives are efficient to graft monomers and to reduce the crosslinking reaction compared to peroxide agents

La fonctionnalisation post-polymérisation ou post-fonctionnalisation est une technique qui permet d’apporter des propriétés spécifiques à des polymères dont les caractéristiques intrinsèques sont limitées pour une application donnée. Parmi les différentes stratégies de post-fonctionnalisation, une des plus courantes est le greffage radicalaire en milieu fondu par extrusion réactive (T > 160 °C). Dans ce type de procédé, un précurseur de radicaux appelé agent de greffage est utilisé afin de greffer des unités fonctionnelles sur les chaines de polymère. A ce jour, ce sont les radicaux à base de peroxydes qui sont employés. Cependant, ces derniers engendrent souvent des réactions de réticulation de chaines qui réduisent l’efficacité du processus. Afin de surmonter ces inconvénients, il est alors important de développer de nouvelles structures pertinentes. Dans ce contexte, les travaux de recherche que nous avons entrepris dans cette thèse concernent la conception et l’étude de nouveaux agents de greffage dérivés d’acétoxyphtalimide (NAPI) pour la post-fonctionnalisation de polymères. Afin d’atteindre ces objectifs, notre démarche a été basée sur une approche multidisciplinaire comportant une étude théorique par modélisation moléculaire et une approche expérimentale incluant la synthèse et l’étude de réactivité des nouvelles structures. Par la suite, des essais de post-fonctionnalisation de polyéthylène, de polyamide ainsi que de poly(acide lactique) par ces nouveaux agents de greffage ont été réalisés. Ces essais ont montré des résultats prometteurs à l’utilisation de ces nouveaux composés par rapport aux peroxydes dans les systèmes d’extrusion
Post-functionalization is a technique which allows to introduce specific properties to polymers whose intrinsic characteristics are limited for a defined application. It has become an appropriate tool to answer the strong demand for performance materials that is constantly growing. Among the post-functionalization methods, one of the most exploited is the radical grafting of the polymers in the molten state by reactive extrusion (T> 160 ° C). In this type of process, a radical precursor called grafting agent is used to graft functional units (monomers) onto the polymer backbone. In this context, the conventional grafting agents used in extrusion are peroxides. However, the radicals generated by peroxide compounds often lead to side reactions, particularly crosslinking reactions of the polymer chains which limit the efficiency of the process. Thus, finding a new family of grafting agents remains a challenge to optimize these extrusion systems. In this research work, the main objective is to use new grafting agents based on acetoxyphthalimide (NAPI) for extrusion. To reach this goal, our strategy is based on a multidisciplinary approach which presents a theoretical study by chemical modeling and an experimental approach by the synthesis and the reactivity study of the targeted structures. To validate the concept, polyethylene, polyamide and polylactic acid post-functionalization tests through these new grafting agents have been carried out. The results obtained have shown that these NAPI derivatives are efficient to graft monomers and to reduce the crosslinking reaction compared to peroxide agents

Les membranes échangeuses d’ions (ou membranes électrolytes) actuellement utilisées au sein des dispositifs de stockage électrochimique (batteries et piles à combustibles) sont généralement issues d’une synthèse polluante, complexe et coûteuse. L’archétype le plus étudié est un ionomère perfluorosulfoné connu sous le nom de Nafion, qui remplit les prérequis d’une membrane ionique performante : haute résistance mécanique et thermochimique, conduction ionique élevée et faible gonflement. La nanocellulose est un matériau polymère biosourcé pouvant être utilisé pour la production de membranes appelées nanopapiers et possédant une excellente résistance mécanique. Cependant, ces matériaux doivent être modifiés chimiquement pour remplir le rôle d’une membrane électrolyte. L’objectif de cette thèse est donc de synthétiser de nouvelles membranes électrolytes à partir du greffage de copolyélectrolytes réactifs sur la surface de nanocelluloses. Cette étape de greffage « onto » repose sur la présence de fonctions amines primaires réactives au sein du copolyélectrolyte. Celles-ci pourront réagir par amination réductrice avec des fonctions aldéhydes localisées sur la surface des nanocelluloses et préalablement introduites par une étape d’oxydation au périodate de sodium (NaIO4). Dans une première partie, la copolymérisation radicalaire a été utilisée pour synthétiser ces polyélectrolytes réactifs suivant deux approches distinctes. La première approche a consisté à modifier un précopolymère poly(styrène sulfonate)-co-poly(acrylamide) (PSS-PAA) par la réaction de Hofmann pour former un poly(styrène sulfonate)-co-poly(vinylamine) (PSS-PVAm) contenant entre 6 et 58% de fonctions amines. La seconde approche a été basée sur la modification chimique d’un copolymère poly(styrène sulfonate)-co-poly(chlorométhyl styrène) (PSS-PCMS) par une diamine via une substitution nucléophile, afin d’obtenir le dérivé aminé poly(styrène sulfonate)-co-poly(benzylamine) (PSS-PBA). Dans un deuxième temps, le greffage de polyamines commerciales et des copolyélectrolytes synthétisés par amination réductrice sur des nanocelluloses oxydées a été étudié. En particulier, il a été montré que la quantité de polyamine commerciale greffée sur la nanocellulose pouvait être simplement ajustée avec les principaux paramètres expérimentaux, atteignant ainsi une IEC de 4,5 meq/g. Le greffage des copolyélectrolytes synthétisés était cependant limité par des problématiques de solubilisation de fragments cellulosiques. Dans une troisième partie, une première preuve de concept de membrane électrolyte associant nanocellulose et polyamine commerciale par amination réductrice a été mise en évidence. L’étude de l’influence de sa composition sur la conductivité ionique et les propriétés mécaniques ont montré une augmentation de la conductivité jusqu’à 1,1 mS/cm pour les membranes les plus riches en polyamines (3,1 meq/g), la contrainte à la rupture maximale (4,0 MPa) ayant été mesurée pour une valeur d’IEC intermédiaire de 1,6 meq/g
Ion exchange membranes (or electrolyte membranes) currently used in electrochemical storage devices (batteries and fuel cells) are generally the result of a polluting, complex and expensive synthesis. The most studied architecture is a perfluorosulfonated ionomer known as Nafion, which fulfills almost all the prerequisites of a high-performance ion membrane: high mechanical and thermochemical resistance, high ionic conduction and low swelling. Nanocellulose is a biosourced polymer material that can be used for the production of membranes, also called nanopapers with excellent mechanical strength. However, these materials must be chemically modified to fulfill the role of a polymer electrolyte membrane. The objective of this thesis is therefore to synthesize new electrolyte membranes from the surface grafting of reactive copolyélectrolytes to nanocelluloses. This “grafting onto” technique is based on the presence of reactive primary amine functions within the copolyélectrolyte. These may react by reductive amination with aldehyde functions located on the surface of nanocelluloses and previously introduced by a sodium periodate (NaIO4) oxidation step. In the first place, radical copolymerization was used to synthesize these reactive polyelectrolytes following two distinct approaches. The first approach consisted in modifying a poly(styrene sulfonate)-co-poly(acrylamide) precopolymer (PSS-PAA) by the Hofmann reaction to form a poly(styrene sulfonate)-co-poly(vinylamine) (PSS-PVAm) containing between 6 and 58% of amine functions. The second approach was based on the chemical modification of a poly(styrene sulfonate)-co-poly(chloromethyl styrene) copolymer (PSS-PCMS) by a diamine via nucleophilic substitution to obtain the amino derivative poly(styrene sulfonate)-co-poly(benzylamine) (PSS-PBA). In a second part, the grafting of commercial polyamines and synthetized copolyelectrolytes onto oxidized nanocelluloses by reductive amination was studied. In particular, it was shown that the amount of grafted commercial polyamine could be simply adjusted with the main experimental parameters, reaching an IEC of 4.5 meq/g. However, the grafting of the synthesized copolyelectrolytes was limited by issues of solubilization of cellulosic fragments. The study of the influence of the membrane composition on ionic conductivity and mechanical properties showed an increase in conductivity up to 1.1 mS/cm (3.1 meq/g), while the maximum tensile strength (4.0 MPa) was measured for an intermediate IEC value of 1.6 meq/g

Face à la diminution croissante des ressources d'origine fossile, une attention particulière est portée depuis plusieurs années envers l'utilisation de ressources renouvelables. Dans ce contexte, beaucoup de recherches sont orientées vers l'utilisation de polysaccharides tels que la cellulose. L'intérêt de ces composés est qu'ils sont abondants, peu chers et biodégradables. A l'inverse, ces polymères possèdent une faible résistance mécanique limitant ainsi leurs applications. De manière à moduler les propriétés de ces polymères, une alternative consiste à les modifier chimiquement par greffage de chaînes de polymères synthétiques. Néanmoins, les stratégies de greffage décrites dans la littérature présentent certaines limitations notamment sur la facilité de mise en oeuvre, la toxicité des méthodes employées, le nombre d'étapes de synthèses ou encore le contrôle des masses molaires. Par ailleurs, la caractérisation de ces architectures complexes reste délicate notamment pour prouver le greffage covalent des chaînes de polymère sur le polysaccharide. C'est précisément dans cet axe de recherche que s'insère ce sujet de thèse. Plus particulièrement, l'objectif principal consiste à mettre au point une méthode de greffage de l'acétate de cellulose robuste et facile à mettre en oeuvre, en vue d'une utilisation potentielle en tant que compatibilisant de mélange de polystyrène et d'acétate de cellulose. Afin d'atteindre cet objectif, notre stratégie a consisté à utiliser la polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (NMP) où une attention particulière a été portée sur la caractérisation structurale des matériaux synthétisés (RMN du solide et DOSY, RPE, CES, DLS et DSC)
In order to respond to the fossil resources depletion, a particular attention was paid to the use of renewable resources since several years. In this context, many researches focus on the use of polysaccharides such as cellulose. These compounds are attractive because of their abundance, low cost and biodegradability. On the other hand, these polymers suffer from weak mechanical resistance limiting their practical applications. Grafting synthetic polymers chains on these natural polymers is an alternative to this problem. Nevertheless, grafting strategies described in the literature involve certain limitations such as the difficulty of implementation, the toxicity of the used methods, the great number of synthesis steps or the control of molar mass. Moreover, the characterization of these complex architectures remains delicate in order to prove the covalent grafting of chains on the polysaccharide. In line with this research context, the topic of this thesis concerns the development of a robust method for cellulose acetate polymer grafting. Moreover, the selected method has to be easy to implement, with a possible application as a compatibilizer for blending of polystyrene and cellulose acetate. In order to achieve this purpose, our strategy is based on the use of Nitroxide-Mediated Polymerization (NMP) where particular attention was paid to the structural characterization of synthesized materials (solid state NMR, DOSY NMR, ESR, SEC of grafts, DLS and DSC)

Face à la diminution croissante des ressources d'origine fossile, une attention particulière est portée depuis plusieurs années envers l'utilisation de ressources renouvelables. Dans ce contexte, beaucoup de recherches sont orientées vers l'utilisation de polysaccharides tels que la cellulose. L'intérêt de ces composés est qu'ils sont abondants, peu chers et biodégradables. A l'inverse, ces polymères possèdent une faible résistance mécanique limitant ainsi leurs applications. De manière à moduler les propriétés de ces polymères, une alternative consiste à les modifier chimiquement par greffage de chaînes de polymères synthétiques. Néanmoins, les stratégies de greffage décrites dans la littérature présentent certaines limitations notamment sur la facilité de mise en oeuvre, la toxicité des méthodes employées, le nombre d'étapes de synthèses ou encore le contrôle des masses molaires. Par ailleurs, la caractérisation de ces architectures complexes reste délicate notamment pour prouver le greffage covalent des chaînes de polymère sur le polysaccharide. C'est précisément dans cet axe de recherche que s'insère ce sujet de thèse. Plus particulièrement, l'objectif principal consiste à mettre au point une méthode de greffage de l'acétate de cellulose robuste et facile à mettre en oeuvre, en vue d'une utilisation potentielle en tant que compatibilisant de mélange de polystyrène et d'acétate de cellulose. Afin d'atteindre cet objectif, notre stratégie a consisté à utiliser la polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (NMP) où une attention particulière a été portée sur la caractérisation structurale des matériaux synthétisés (RMN du solide et DOSY, RPE, CES, DLS et DSC)
In order to respond to the fossil resources depletion, a particular attention was paid to the use of renewable resources since several years. In this context, many researches focus on the use of polysaccharides such as cellulose. These compounds are attractive because of their abundance, low cost and biodegradability. On the other hand, these polymers suffer from weak mechanical resistance limiting their practical applications. Grafting synthetic polymers chains on these natural polymers is an alternative to this problem. Nevertheless, grafting strategies described in the literature involve certain limitations such as the difficulty of implementation, the toxicity of the used methods, the great number of synthesis steps or the control of molar mass. Moreover, the characterization of these complex architectures remains delicate in order to prove the covalent grafting of chains on the polysaccharide. In line with this research context, the topic of this thesis concerns the development of a robust method for cellulose acetate polymer grafting. Moreover, the selected method has to be easy to implement, with a possible application as a compatibilizer for blending of polystyrene and cellulose acetate. In order to achieve this purpose, our strategy is based on the use of Nitroxide-Mediated Polymerization (NMP) where particular attention was paid to the structural characterization of synthesized materials (solid state NMR, DOSY NMR, ESR, SEC of grafts, DLS and DSC)