Academic literature on the topic 'Polymères biosourcés'

Les procédés de séparation de phases des digestats de méthanisation des boues d’épuration nécessitent encore d’être optimisés pour garantir une valorisation noble des phases liquide et solide obtenues. L’ajout de réactifs de coagulation-floculation, fréquemment de type polyacrylamide cationique, est un outil pertinent à cette optimisation. Il existe actuellement un intérêt grandissant pour les biopolymères naturels, produits à partir de ressources renouvelables et présentant une innocuité environnementale. Le chitosane fait partie des biopolymères les plus abondants dans le monde, et a fait l’objet de plusieurs recherches en coagulation-floculation d’effluents et de digestat. Toutefois, ses applications sont limitées à des conditions acides puisqu’il n’est pas soluble aux valeurs de pH supérieures à 6. Afin d’étendre sa solubilité sur toute la gamme de pH, il est possible de le fonctionnaliser, notamment avec du chlorure de glycidyltriméthylammonium pour y greffer une charge cationique (ammonium quaternaire). Au cours de cette étude, trois lots de chitosane fonctionnalisé de différents degrés de quaternisation (DQ) ont été synthétisés et testés sur un digestat de méthanisation de boue de station de traitement des eaux usées tout en étant comparés à un floculant de type polyacrylamide cationique usuel. Ont été évalués les effets du DQ sur les propriétés physico-chimiques du digestat et son comportement rhéologique, sa décantabilité et sa filtrabilité. Les tests ont révélé que l’ajout de chitosane quaternisé entraîne peu ou pas de variations du pH et de la conductivité électrique du digestat, tandis qu’il génère une baisse de la viscosité du digestat, au contraire du polymère commercial qui augmente son caractère visqueux. Concernant la séparation de phases, les floculants améliorent tous la décantabilité du digestat et diminuent sa résistance spécifique à la filtration. Quel que soit le paramètre étudié, l’efficacité du chitosane fonctionnalisé augmente avec l’augmentation du DQ et de la dose appliquée.

Le contraste de phase en imagerie par rayons X permet de voir des détails de structures dans les matériaux peu absorbants. Plusieurs techniques existent mais l’interférométrie à décalage multilatérale (IDML) permet une mesure simultanée des gradients de phase selon plusieurs directions par un post-traitement dans le domaine de Fourier. Dans cet article nous présentons des résultats de cette méthode sur deux types de matériaux, des polymères issus de fabrication additive biosourcée et des composites carbonés utilisés dans l’aéronautique. Des outils d’analyse d’image sont mis en oeuvre sur les images obtenues.

Ce travail s’inscrit dans un projet européen où l’objectif est de produire un emballage alimentaire à 100% issu de matières cellulosiques, en vue d’apporter un caractère biosourcé, biodégradable et recyclable. L’emploi d’une couche de microfibrilles de cellulose s’est montré être une solution pour conférer des propriétés barrières au gras et à l’oxygène. En revanche, du fait du caractère hydrophile de la cellulose, cette couche ne présente pas de propriétés barrières à l’eau ou à la vapeur d’eau. La technologie nommée chromatogénie, utilisée à l’échelle pilote, est un procédé de modification chimique basé sur la déposition, la diffusion et la greffage d’acide gras en surface de matériaux cellulosiques pour leur apporter des propriétés hydrophobes. Cette technologie a montré de bons résultats sur les matériaux cellulosiques poreux, mais présente des limites lors de son utilisation sur des films denses tel qu’un film de microfibrilles de cellulose. Dans ces travaux de thèse, l’objectif a été d’apporter une meilleure compréhension sur les phénomènes de diffusion et de greffage d’acide gras dans une couche dense de microfibrilles de cellulose, ainsi que les liens entre structure et propriétés hydrophobes. Pour cela, un procédé en phase gaz mis en place au laboratoire et déjà exploité pour le greffage d’aérogel de cellulose a été utilisé. Dans un premier temps, un nouveau réacteur a été mis en place en vue d’étudier des profils de températures pour caractériser les phénomènes de vaporisation et de condensation du réactif. Par la suite, ce procédé a été utilisé pour la modification d’aérogel de cellulose avec différentes longueurs de chaines pour essayer de mettre en avant les paramètres de procédés permettant d’avoir une modification de surface ou à cœur. Dans un deuxième temps, la modification chimique de films de microfibrilles de cellulose a été étudié dans ce procédé en phase gaz. Tout d’abord, un procédé de modification de la structure d’un film de microfibrilles a été mis en place et a démontré l’augmentation de sa surface spécifique et sa porosité. Par la suite, le procédé en phase gaz a permis la modification de ces films, et la modification de leur structure a permis d’atteindre plusieurs degrés de greffage. Ceci a permis d’atteindre de bonnes propriétés d’hydrophobie qui ont été corrélées au degré de greffage. Enfin, une étude théorique a été menée pour déterminer la profondeur de pénétration du réactif de greffage dans la couche de microfibrilles. Pour cela, de la modélisation moléculaire et un calcul basé sur l’expansion volumique du film ont été utilisés. Ces calculs ont montré une très grande augmentation d’épaisseur liée à la modification chimique avec un acide gras qui a été confirmée par la mesure d’épaisseur de films modifiés au laboratoire. Également, une technique de coloration a été mise en place pour mettre en avant la localisation du réactif de greffage dans une couche de film modifié
This PhD thesis have been made in the frame of a European project, where the objective is to produce a 100% cellulosic food packaging material that would be biobased, biodegradable and recyclable. Microfibrillated cellulose films, have shown interesting barrier properties to grease and oxygen. However, the barrier properties to water and water vapor of such film are very poor because of the hydrophilic nature of cellulose. A process of chemical modification named chromatogeny and used at pilot scale, consists to the deposition, diffusion and grafting of fatty acids at the surface of cellulosic materials to bring them hydrophobic properties. This technology has shown interesting results in the case of porous cellulosic substrates but present some grafting limitations when applied to dense structures such as microfibrillated cellulose film. In this PhD work, the objective was to bring a better understanding about the diffusion and grafting phenome in a dense microfibrillated cellulose film as well as the structure and water barrier property relationship. To do so, a gas phase process established at lab scale and already used for cellulose aerogel grafting have been investigated. In a first step, a new gas phase reactor has been designed in order to have temperature profiles to study the vaporization and condensation phenomena. Then, this process has been used to modify cellulose aerogel, using reagent with different chain length. One goal was to find the process parameters that allow to have a modification restricted to the surface or that modify the core of cellulose aerogel. In a second step, this gas phase process was used to modify microfibrillated cellulose films. Firstly, a structure modification protocol has been determined and has shown the increase of the specific surface area and the porosity of the microfibrillated cellulose film. Then, those structure modified films have been grafted using the gas phase process and different level of grafting have been reached. Different level of hydrophobic properties has also been reached and correlated with the substitution degree. Finally, a theoretical study has investigated the penetration depth of the grafting reagent in the microfibrillated cellulose film thickness. Molecular modeling and a calculation based on the volume expansion of the film are the tools that have been used. Those calculations have shown a very high increase of the thickness linked to the chemical modification with a fatty acid which have been confirmed by the measurements of the thickness of gas phase modified films. Also, a coloration technic was used to show the location of the grafting reagent in the thickness of a modified film

Afin d’être plus respectueux de l’environnement, les chimistes s’orientent de plus en plus vers une chimie verte et éco-responsable. Dans ce contexte, nous avons souhaité, dans ce travail de thèse, développer la synthèse de (co)polymères biosourcés par polymérisation radicalaire en utilisant notamment la technique de polymérisation radicalaire par désactivation réversible (PRDR). En effet, cette technique de polymérisation a permis de grands progrès en chimie des polymères car elle combine la simplicité de la polymérisation radicalaire avec les avantages des polymérisations vivantes pour le développement d'architectures macromoléculaires bien définies. Pour ce faire, les monomères biosourcés utilisés doivent contenir une fonction polymérisable. On a donc utilisé soit des monomères biosourcés, soit des molécules biosourcées que l’on a fonctionnalisées. Parmi les méthodes de PRDR, nous avons opté pour la polymérisation radicalaire par transfert de chaînes réversible par addition-fragmentation (RAFT). Nous avons également combiné cette méthode avec l'approche « PISA » (auto-assemblage induit par la polymérisation) pour générer des copolymères à blocs amphiphiles biosourcés dans un solvant vert (principalement l’eau) et ainsi obtenir des particules polymères de morphologie sphérique. Pour le bloc solvophile, nous avons opté dans un premier temps pour le poly(acide acrylique) car l’acide acrylique (AA) peut être obtenu à partir de ressources renouvelables. Nous nous sommes ensuite également intéressés à deux autres monomères biosourcés : l’acide itaconique (AI) et l’α-méthylène-γ-butyrolactone (MBL). En ce qui concerne le bloc solvophobe, nous nous sommes tout d’abord intéressés au menthol, un terpène possédant une fonction hydroxyle que l’on a fonctionnalisé par un groupement acrylate. Cela nous a permis de synthétiser pour la première fois des nanoparticules biosourcées en utilisant le procédé RAFT-PISA en dispersion dans un solvant vert. Dans un second temps, nous avons travaillé sur deux monomères styréniques dérivés de la lignine, le vinyl guaïacol acétylé (VGAc) et le para-acétoxystyrène (AcST). Des nanoparticules sphériques dont le diamètre peut être modulé avec la longueur du bloc hydrophobe, ont été obtenues en utilisant le procédé RAFT-PISA en émulsion dans l’eau
To be more respectful of the environment, chemists are moving more and more towards green and eco-responsible chemistry. In this context, we wished, in this thesis, to develop the synthesis of biosourced (co)polymers by radical polymerization using particularly reversible deactivation radical polymerization (RDRP). Indeed, this polymerization technique has allowed great progress in polymer chemistry because it combines the simplicity of radical polymerization with the advantages of living polymerizations for the development of well-defined macromolecular architectures. To achieve this, the biobased monomers used must contain a polymerizable function. Therefore, either biobased monomers or biobased molecules that have been functionalized were used. Among the RDRP methods, we opted for reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) radical polymerization. We also combined this method with the "PISA" (polymerization-induced self-assembly) approach to generate biosourced amphiphilic block copolymers in a green solvent (mainly water) and thus obtain polymeric particles with spherical morphology. For the solvophilic block, we first opted for poly(acrylic acid) because acrylic acid (AA) can be obtained from renewable resources. We then also looked at two other biobased monomers: itaconic acid (IA) and α-methylene-γ- butyrolactone (MBL). Regarding the solvophobic block, we were first interested in menthol, a terpene with a hydroxyl function that was functionalized with an acrylate group. This allowed us to synthesize for the first time biosourced nanoparticles using the RAFT-PISA process in dispersion in a green solvent. In a second step, we worked on two lignin-derived styrenic monomers, acetylated vinyl guaiacol (AcVG) and para-acetoxystyrene (AcST). Spherical nanoparticles whose diameter can be modulated with the length of the hydrophobic block were obtained using the RAFT-PISA process in water emulsion

Avec la constante augmentation des prix du pétrole et la diminution des ressources fossiles, des alternatives « vertes » doivent être trouvées. Ainsi, des premières recherches ont été menées sur la possibilité de mettre au point des colles pour panneaux à base de bois dans lesquelles une partie du phénol a été substituée par des protéines de blé. De même, les tanins sont des molécules polyphénoliques naturelles et peuvent être une alternative aux produits chimiques de synthèse issus du pétrole. Les tanins de châtaignier, tanins hydrolysables, ont été utilisés afin de substituer une partie du phénol lors de la synthèse de résines phénoliques. Ces résines ont été étudiées et utilisées pour la fabrication de mousses phénoliques rigides. Cette démarche constitue un pas de plus vers la mise au point et la future commercialisation de matériaux plus respectueux de l’environnement. En outre, les tanins ont également été utilisés lors du développement de mousses rigides biosourcées tanins-furaniques, cette fois-ci il s’agit de tanins condensés : tanins de quebracho, couplés à de l’alcool furfurylique (d’origine agricole). Ces mousses « vertes » présentent une bonne résistance mécanique, de bonnes performances thermiques et elles ne brûlent pas, ainsi, elles sont totalement adaptées à une utilisation pour l’isolation des bâtiments. Enfin, de nouveaux types de matériaux issus de produits naturels (tanins et alcool furfurylique) ont été mis au point lors de cette thèse : des matériaux abrasifs et de friction biosourcés. Des roues abrasives et des disques abrasifs ont été développés et testés. Et des plaquettes de frein automobile ont été fabriquées et testées en conditions réelles. Tous ces nouveaux matériaux présentent d'excellentes propriétés par rapport aux matériaux commerciaux
With the constant increase of oil prices and with the dwindling of fossil resources, "green" alternatives must be found. Thus, first research was conducted on the possibility to develop synthetic phenolic adhesives for wood-based panels where a part of phenol was substituted by wheat proteins. Similarly, tannins which are natural polyphenolic molecules can be used as an alternative to synthetic chemical products. Chestnut tannin, a hydrolysable tannin was used to substitute part of phenol during the synthesis of phenolic resins. The characteristics of these resins were studied and the resins used for the manufacture of rigid phenolic foams. This is a new step towards the development and future commercialization of more environmentally friendly materials. Furthermore, condensed flavonoid tannins were also used in the development of tannins-furanic biobased rigid foams. Quebracho wood tannin extract was coupled with furfuryl alcohol another material of natural, agricultural origin. These "green" foams show good mechanical strength, good thermal performance and do not burn, thus they are entirely suitable for use in building insulation. Finally, new types of materials made from the same natural products (tannins and furfuryl alcohol) were developed during the research described in this thesis: biobased abrasive and friction materials. Abrasive wheels and abrasive discs for steel molding and steel cutting using a biobased matrix were thus developed and tested. Moreover, automotive brake pads were prepared and were tested under real vehicle application conditions. All these new materials showed excellent properties compared to commercial materials and yielded excellent results comparable and sometime superior to their synthetic commercial equivalents

L’entreprise DIAM Bouchage développe des matériaux composites à base de farine de liège et de liant pour l’élaboration de bouchons technologiques mis en forme par moulage. DIAM souhaite remplacer le liant actuel à base de polyuréthanes par un nouveau polymère 100% biosourcé permettant de s’affranchir de l’utilisation d’isocyanates et de composés classifiés CMR. Pour cela, les Non-Isocyanate PolyUréthanes (NIPUs), et plus particulièrement les Polyhydroxyuréthanes (PHUs), ont été choisis. Ces travaux de thèse présentent donc la synthèse, la caractérisation et la formulation d’un nouveau liant PHU à base de cyclocarbonates et d’amines.Parmi les réactifs biosourcés et les différentes voies de synthèse des cyclocarbonates, plusieurs composés ont été sélectionnés en cohérence avec le cahier des charges. Cette sélection a ensuite mené à l’élaboration de matériaux PHUs et de bouchons composites afin d’identifier les formulations les plus prometteuses pour l’application visée. De nouvelles voies hybrides ont finalement été envisagées pour résoudre les problèmes liés aux faibles conversion et réactivité des PHUs. L’utilisation d’acrylates en tant qu’additifs réactifs ou réticulants de prépolymères PHU-amino téléchéliques a tout d’abord été décrite. Afin de répondre aux problématiques de mise en œuvre, de nouveaux monomères cyclocarbonate-siloxanes ont également été synthétisés afin d’obtenir des monomères fonctionnels de faible viscosité
DIAM Bouchage develops composites from cork flour and binder in order to produce technological cork-stoppers carried out by a molding process. To get rid of the use of isocyanates for polyurethanes synthesis, new pathways for 100% biobased polymers without the use of CMR substances are considered. As the most promising route for Non-Isocyanate PolyUrethanes (NIPUs) synthesis, Polyhydroxyurethanes (PHUs) have been chosen. The presented study concerns the synthesis, the characterization and the formulation of a new PHU binder from cyclocarbonates and amines.Among available biobased reactants and synthetic pathways, few monomers have been selected in accordance with specifications. This has led to PHUs materials and cork-stoppers development to identify the best formulations. New hybrids routes have finally been developed to overcome PHUs limitations such as reactivity and conversion. Acrylates have been used as reactive additives or cross-linkers for PHU-amino telechelic prepolymers. New cyclic carbonates monomers of low viscosity and high functionality have also been synthesized to solve process issues

Dans un contexte de développement durable et de sensibilisation du public envers les problématiques environnementales, les polymères biosourcés représentent une niche d’avenir dans le secteur industriel avec une forte dynamique de croissance. C’est un contexte favorable au développement de nouvelles structures biosourcées et/ou biodégradables adaptées à de nombreuses applications diélectriques, mais de nombreuses limitations existent encore pour bénéficier pleinement des performances diélectriques des polymères biosourcés. Cette thèse s’intègre dans cette logique de promotion des matériaux biosourcés dans le domaine diélectrique en proposant une étude avancée des propriétés multiphysiques, notamment diélectriques, des polymères biosourcés pour identifier les applications dans les domaines diélectriques adaptées pour de tels matériaux. Dans la première phase de la thèse, une étude de la littérature avancée nous a permis d’identifier trois polymères biosourcés avec un fort potentiel pour le domaine diélectrique, à savoir l’acide polylactique (PLA), le polyhydroxybutyrate-co-valérate (PHBV) et l’acétate de cellulose (CA). Leurs performances diélectriques étaient similaires à certains polymères synthétiques conventionnels utilisés dans le domaine de l’isolation électrique comme le polyéthylène, le polypropylène et la résine époxy. De plus, l’analyse de la littérature nous a permis d’identifier trois stratégies permettant de favoriser davantage l’intégration de polymères biosourcés dans le domaine de l’isolation électrique, à savoir la création de mélanges polymériques, la création de bio(nano)composites à base de charges cellulosiques et de l’utilisation de nouvelles techniques de mise en œuvre comme l’impression 3D. La deuxième phase de la thèse propose l’utilisation combinée de la création de mélanges polymériques et de l’impression 3D pour une application en isolation électrique. Les résultats préliminaires ont démontré que les mélanges de PLA:CA étaient les plus prometteurs pour la suite du projet, et sont donc choisis pour l’étape d’impression 3D. L’ajout de CA a amélioré la stabilité mécanique du PLA lorsque ce dernier est en état caoutchoutique, mais diminue également légèrement la capacité d’isolation électrique du PLA. Une étape d’optimisation via un plan de Taguchi a permis la fabrication de mélanges polymériques imprimés en 3D présentant une rigidité mécanique et de capacité d’isolation électrique comparable au polyéthylène basse densité. La dernière phase de la thèse propose de combiner l’utilisation de bio(nano)composites à base de cellulose et d’impression 3D pour l’obtention de matériaux à base de PLA imprimés en 3D pour une application en isolation électrique. Deux charges différentes ont été utilisées et comparées : les microcristaux de cellulose et les nanocristaux de cellulose. Les résultats ont montré que l’ajout de charges cellulosiques améliorait la rigidité mécanique des matériaux, mais diminuait également légèrement leur capacité d’isolation électrique. Une étape d’optimisation via un plan factoriel a permis de produire des biocomposites à renfort de cellulose avec des propriétés mécaniques supérieures au polypropylène, tout en présentant des propriétés d’isolation électrique comparables. Cette thèse propose ainsi des alternatives biosourcées, voire compostables au polyéthylène et polypropylène dans les domaines d’isolation électrique, grâce à l’utilisation combinée de différentes stratégies faciles à appliquer à l’échelle industrielle, démarche s’inscrivant dans le développement durable
In a context of sustainable development and public awareness of environmental issues, biobased polymers represent a promising niche in the industrial sector, with a strong growth potential. This is a favorable context for the development of new biobased and/or biodegradable structures suitable for a wide range of dielectric applications, but many limitations still exist to fully benefit from the dielectric performance of biobased polymers. This thesis is part of a broader effort to promote the use of biobased materials in the dielectric field, proposing an advanced study of the multiphysical properties, particularly dielectric properties, of biobased polymers to identify applications in dielectric fields suitable for such materials. In the first phase of the thesis, an advanced literature review identified three biobased polymers with high potential for the dielectric field, i.e. polylactic acid (PLA), polyhydroxybutyrate-co-valerate (PHBV) and cellulose acetate (CA). Their dielectric performance were comparable to conventional synthetic polymers used in electrical insulation, such as polyethylene, polypropylene and epoxy resin. In addition, the literature review also identified three potential strategies to encourage the use of bio-based polymers in electrical insulation, i.e. the development of polymer blends, the creation of bio(nano)composites based on cellulosic fillers, and the use of new processing techniques such as 3D printing. The second phase of the thesis proposes the creation of polymer blends and 3D printing to obtain 3D-printed PLA-based materials for application in electrical insulation. Preliminary results showed that PLA : CA blends were the most promising for the continuation of the project and were therefore chosen for the 3D printing step. The addition of CA improved the mechanical stability of PLA in a rubbery state, but also slightly reduced their electrical insulation capacity. An optimization step using a Taguchi design resulted in 3D-printed polymer blends samples with mechanical rigidity and electrical insulation capacity comparable to low-density polyethylene. The final phase of the thesis proposes to combine the use of cellulose-based bio(nano)composites and 3D printing to obtain PLA-based materials for application in electrical insulation. Two different fillers were used and compared: cellulose microcrystals (MCC) and cellulose nanocrystals (NCC). The results showed that the addition of cellulose fillers improved the mechanical rigidity of the materials, but also slightly reduced their electrical insulation capacity. A factorial design optimization step produced cellulose-reinforced biocomposites with superior mechanical properties to polypropylene, while offering comparable electrical insulation properties. This thesis therefore proposes biobased and even compostable alternatives to polyethylene and polypropylene in the electrical insulation field, through the combined use of different strategies easily applicable on an industrial scale, in line with a sustainable development approach

Les matériaux de protection thermique ablatifs sont largement utilisés dans le domaine de l’aérospatial afin d’isoler les systèmes exposés à de fortes températures. Les résines phénoliques issues de la polymérisation du phénol et du formaldéhyde sont les polymères organiques les plus utilisés à ce jour. Cependant, le profil hygiène, sécurité et environnemental de ces monomères est critique et entraîne un risque d’obsolescence réglementaire fort pour les matériaux élaborés à partir de ces précurseurs. Deux voies ont alors été développées afin de proposer des polymères thermodurcissables de substitution qui soient pérennes et susceptibles de conduire à des améliorations techniques. La première option proposée est un grade commercial de poly(alcool furfurylique) qui réticule thermiquement en catalyse acide. L’alcool furfuylique présente l’avantage d’être un précurseur biosourcé obtenu depuis des ressources renouvelables. La fabrication et la caractérisation de matériaux composites obtenus à partir de ce type de résine ont permis de démontrer la pertinence de cette voie. La deuxième voie a été développée à partir de monomères phénoliques potentiellement biosourcés sur lesquels ont été introduits des fonctions propargyle. La sélection du monomère le plus prometteur, sa pré-polymérisation et son association à des réactifs porteurs de fonctions thiol ont conduit à des résines très prometteuses potentiellement utilisables pour la fabrication de matériaux ablatifs : faible viscosité, émission limitée de composés organiques volatils par rapport au résines phénoliques et furaniques, rendement en coke élevé lors de la pyrolyse de la matrice polymérisée (taux de coke)
Ablative thermal protection materials are key components of aerospace engineering. They provide insulation to vehicles exposed to severe heating conditions. Phenolic resins are widely used in such composite materials due to their outstanding thermal properties attributed to the three-dimensional network of aromatic structures arising from polycondensation reactions between phenol and formaldehyde. However, such chemicals exhibit a negative health, safety and environment profile which induces a high risk of obsolescence for any material involving such precursors. Therefore, highly processable ablative thermosetting polymers leading to char yields higher than 50 % (at 900 °C under inert atmosphere) were developed based on environmentally more favorable chemicals. Two solvent-free resins are proposed. The first option is a commercially available grade of poly(furfuryl alcohol). The manufacturing of composite materials demonstrated the high potential of the proposed formulations. The second option was obtained at the lab scale from the introduction of propargylic functions onto aromatic precursors which can be obtained from biomass conversion processes. The optimization of the formulations led to highly promising thermal and thermomechanical properties. The manufacturing of composite materials is required to demonstrate the ablative behaviour of the proposed new thermosetting formulations

Cette thèse propose de valoriser l’isosorbide (IS) dans le domaine des matériaux polymères biosourcés en proposant des voies originales. Après la présentation de cette molécule, nous avons détaillé les différentes voies de synthèse et d'application des composés organiques et des polymères déjà développés par la communauté scientifique. Ces derniers sont obtenus au travers de multiples étapes de fonctionnalisation ou de synthèse longues au travers de procédés peu économes en énergie ou en atomes ou même toxiques. Nous avons alors expliqué notre première stratégie visant à développer des polyacétals à base d'isosorbide (PAIS) jusqu'alors inédit. Un schéma de polymérisation reposant sur la réaction de l’isosorbide avec un halogénure de méthylène dans un solvant non toxique (DMSO) a été retenu. L’influence de différents paramètres expérimentaux (mode d'agitation, durée de réaction et stœchiométrie) a été analysée avec soin. Les meilleurs résultats ont été observés avec l’agitation mécanique à très haute vitesse (milieu réactionnel plus homogène et rendement quantitatif). Les concentrations les plus élevées d'isosorbide ont permis de produire exclusivement des polyacétals linéaires (L-PAIS) alors qu'une faible concentration et l’agitation magnétique ont également induit la formation d'oligomères cycliques. D'autres macrocycles (C-PAIS) de haute masse molaire ont pu être produits. Ces différentes classes de PAIS ont été caractérisés par de nombreuses techniques (RMN, MALDI-TOF IRTF, CES). Leurs performances physicochimiques ont également été étudiées (ATG, DSC, rhéologie..). L'allongement des chaines de L-PAIS étant concurrencé par la cyclisation, nous avons exploré l'intérêt du lactide (lévogyre et racémique) comme extenseur de chaine tout d'abord en réaction avec l'IS puis avec le L-PAIS. La catalyse organométallique a été plus efficace que la voie enzymatique (lipase PS). Les analyses chimiques et physiques menées sur les quatre grades de polymères à base d'IS et de lactide ont souligné la plus value offerte par la présence de la molécule d’isosorbide Des relations "structure-propriétés" précises et fiables incluant l'étude de la durabilité ont été menées avec soin. Enfin la même approche a pu être étendue à la production de copolymères linéaires de type PLLA-b-PAIS-b-PLLA et de PRLA-b-PAIS-b-PRLA
This research work aims to valorise isosorbide (IS) for biobased polymeric materials using original methods. After a short introduction of this molecule, we presented the different synthesis pathways and application fields of chemical and polymers already developed in scientific community. These compounds are classically obtained through many functionalization/synthesis steps with processes far away from green chemistry. Our first strategy based on the development of polyacetals derived from isosorbide (PAIS) was explained. A reaction scheme involving isosorbide with methylene halogenate in a non-toxic solvent (DMSO) was retained. The influence of different experimental parameters (stirring mode, reaction period and stoichiometry) was carefully analysed. Best results were achieved with high-speed mechanical stirring (more homogenous reactive solution, quantitative yield). The highest isosorbide concentrations led to the exclusive production of linear polyacetals (L-PAIS) whereas a low concentration under magnetic stirring conditions induced the formation of cyclic oligomers. Other macro-cycles (C-PAIS) with high molar weight were also produced. These different kinds of PAIS were characterised by various techniques (NMR, MALDI-TOF FTIR, SEC). Their physicochemical performances were also studied (TGA, DSC, rheology…) The length increase of polymer L-PAIS chains being challenged by cyclisation, we also explored lactide use (L- and racemic) as chain extender first by the reaction with IS then with L-PAIS. The La organometallic catalysis was more efficient than enzymatic pathway (PS lipase). Both chemical and physical analyses carried out with four polymeric grades derived from IS et lactide showed the added value of isosorbide molecule. Precise and reliable "structure-properties" relations including durability study were also led. Finally, similar approach could be applied for producing linear copolymers (PLLA-b-PAIS-b-PLLA and PRLA-b-PAIS-b-PRLA)

Des oligocarbonates dihydroxytéléchéliques partiellement biosourcés ont été synthétisés par transcarbonatation en masse en faisant réagir l'isosorbide comme principal diol biosourcé et un diol aliphatique en tant que co-monomère avec du diphénylcarbonate en présence d'un catalyseur. Les oligomères ont été préparés en faisant varier le rapport des deux monomères diols. Les conditions de réaction ont été optimisées pour parvenir à une conversion totale en monomères tout en éliminant le phénol résiduel (sous-produit de la réaction). Les oligomères résultants portent des unités d'isosorbide à leurs deux extrémités de chaînes. La teneur en terminaisons hydroxyles a été déterminée par RMN-1H suivant une méthode de dérivatisation. Tous les oligocarbonates sont amorphes et leur Tg augmente avec l'augmentation de la teneur en isosorbide et avec la rigidité du co-monomère diol. Ces oligocarbonates ont été utilisés pour développer des revêtements polyuréthanne en ajoutant un polyisocyanate. Tous les revêtements obtenus sont transparents, brillants et présentent de très bonnes résistances aux solvants. Les propriétés thermiques, mécaniques et physico-chimiques des polyuréthanes dépendent à la fois de la structures de l’oligocarbonate et de celle du trimère d’isocyanate
Partially bio-based dihydroxytelechelic oligocarbonates were synthesized by melt transcarbonatation polymerization using isosorbide as the principal bio-sourced diol and an aliphatic diol as co-monomer with diphenyl carbonate in the presence of a catalyst. The oligomers were prepared by varying the ratio of the two diol monomers. The reaction conditions were optimized to reach full conversion whilst also removing any residual phenol (by-product of the reaction). The resulting oligomers bear isosorbide units at both extremities. The hydroxyl group content is further determined by 1H-NMR according to a derivatization method. All the oligocarbonate diols were amorphous and their Tg increases with increasing isosorbide content and rigidity of the co-monomer diol. These oligocarbonates were used to develop polyurethane coatings by adding a polyisocyanate. All the coatings obtained are transparent, glossy and have a very good solvents resistance. The thermal, mechanical and physicochemical properties of polyurethanes depend on the structures of the oligocarbonate and the polyisocyanate used

Des oligocarbonates dihydroxytéléchéliques partiellement biosourcés ont été synthétisés par transcarbonatation en masse en faisant réagir l'isosorbide comme principal diol biosourcé et un diol aliphatique en tant que co-monomère avec du diphénylcarbonate en présence d'un catalyseur. Les oligomères ont été préparés en faisant varier le rapport des deux monomères diols. Les conditions de réaction ont été optimisées pour parvenir à une conversion totale en monomères tout en éliminant le phénol résiduel (sous-produit de la réaction). Les oligomères résultants portent des unités d'isosorbide à leurs deux extrémités de chaînes. La teneur en terminaisons hydroxyles a été déterminée par RMN-1H suivant une méthode de dérivatisation. Tous les oligocarbonates sont amorphes et leur Tg augmente avec l'augmentation de la teneur en isosorbide et avec la rigidité du co-monomère diol. Ces oligocarbonates ont été utilisés pour développer des revêtements polyuréthanne en ajoutant un polyisocyanate. Tous les revêtements obtenus sont transparents, brillants et présentent de très bonnes résistances aux solvants. Les propriétés thermiques, mécaniques et physico-chimiques des polyuréthanes dépendent à la fois de la structures de l’oligocarbonate et de celle du trimère d’isocyanate
Partially bio-based dihydroxytelechelic oligocarbonates were synthesized by melt transcarbonatation polymerization using isosorbide as the principal bio-sourced diol and an aliphatic diol as co-monomer with diphenyl carbonate in the presence of a catalyst. The oligomers were prepared by varying the ratio of the two diol monomers. The reaction conditions were optimized to reach full conversion whilst also removing any residual phenol (by-product of the reaction). The resulting oligomers bear isosorbide units at both extremities. The hydroxyl group content is further determined by 1H-NMR according to a derivatization method. All the oligocarbonate diols were amorphous and their Tg increases with increasing isosorbide content and rigidity of the co-monomer diol. These oligocarbonates were used to develop polyurethane coatings by adding a polyisocyanate. All the coatings obtained are transparent, glossy and have a very good solvents resistance. The thermal, mechanical and physicochemical properties of polyurethanes depend on the structures of the oligocarbonate and the polyisocyanate used

L'isosorbide est une molécule biosourcée possédant une grande rigidité et deux fonctions alcools de réactivité différentes. Ces propriétés ont été mises à profits lors de la synthèse de nouveaux polymères biosourcés à base de (méth)acrylate. L'étude de leur polymérisabilité par voie radicalaire classique, notamment par des études cinétiques ainsi que par l'application de la loi de Mayo, ont permis de mettre en évidence la prédominance de réactions de transferts aux monomères et au solvant, respectivement dans le cas de l'acrylate et du méthacrylate d'isosorbide. Les caractérisations physico-chimiques des polymères obtenus montrent une forte influence de la taille du polymère sur ses propriétés thermiques. De plus la composition ainsi que la taille de la chaine polymère ont montré une influence sur leur solubilité en milieux aqueux. Dans un second temps, les polymères obtenus ont été valorisés dans différentes applications allant de la formation de polymères amphiphiles auto-assembles au traitement de surface en passant par la formation de matériaux thermodurcissables
Isosorbide is a biobased molecule with high rigidity and two alcohol functions of different reactivity. These properties have been used in the synthesis of new biobased polymers based on (meth)acrylate. The study of their polymerizability by classical radical route, in particular by kinetic studies as well as by the application of Mayo's law, allowed to highlight the predominance of transfer reactions to monomers and to the solvent, respectively in the case of acrylate and isosorbide methacrylate. The physicochemical characterization of the polymers obtained show a strong influence of the polymer size on its thermal properties. Moreover, the composition as well as the size of the polymer chain showed an influence on their solubility in aqueous media. In a second time, the obtained polymers were valorized in various applications going from the formation of self-assembled amphiphilic polymers to the surface treatment by way of the formation of thermosetting materials

Le chapitre décrit l’influence des facteurs intrinsèques (relatifs au polymère) et extrinsèques (liés au milieu) sur la dégradation des polyesters susceptible de se manifester aux différentes échelles (macroscopique, microscopique et moléculaire). Il se focalise essentiellement sur deux types de polyesters : les polyhydroxyalcanoates (PHA) et les polylactides (PLA) qui font partie des polymères parmi les plus étudiés et les plus prometteurs puisqu’ils peuvent être à la fois biosourcés et biodégradables dans certaines conditions.