Conception et synthèse de nouvelles polyamines biosourcées pour les polyuréthanes sans isocyanate (NIPUs)

Entwicklung und Synthese neuartiger biobasierter Polyamine für Nicht-Isocyanat-Polyurethane (NIPUs)

Design and synthesis of novel biobased polyamines for non- isocyanate polyurethanes (NIPUs)

• Auteur / Autrice : Francesca Chiara Destaso
• Direction : Henri Cramail, Michael A. R. Meier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Polymères
• Date : Soutenance le 25/02/2025
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec Karlsruher Institut für Technologie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Guillaume
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hatice Mutlu, Stefan Bräse, Laurent Plasseraud, Etienne Grau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Guillaume, Sylvain Caillol
• DOI : 10.70675/6f948689z33bbz451ez9194z17dee7bf6d8d

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyamines

Polymères biosourcés

Polyuréthanes sans isocyanates

Polyuréthanes

Mots clés libres

Polyamines

Biosourcé

Polyuréthane non isocyanate (NIPUs)

Sans isocyanate

Polyuréthane

Polyamine

Biobasiert

Nicht-isocyanat Polyurethane (NIPUs)

Polyurethan

Isocyanatfrei

Polyamines

Bio-based

Bionon-isocyanate polyurethanes (NIPUs)

Polyurethane

Isocyanatefree

Résumé

Actuellement, l'épuisement des gisements de pétrole ainsi que les coûts humains et environnementaux associés à la chaîne de fabrication des dérivés fossiles sont des problématiques majeures. Dans ce contexte, ce travail de recherche s'est concentré sur l'étude de monomères et de polymères plus durables. Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet européen NIPU-EJD, qui porte sur les polyuréthanes sans isocyanates, les NIPUs. La première partie de la recherche s'est concentrée sur la synthèse de monomères biosourcés nécessaires à la synthèse des NIPUs: les polyamines et les carbonates cycliques, au travers de synthèses moins dangereuses, plus efficaces et respectant les principes de la chimie verte. Toutes les voies suivies devaient respecter les principes de la chimie verte dans la mesure du possible. Par la suite, les polyamines synthétisées ont été utilisées pour la synthèse de polymères d´uréthanes vinylogues (VUs), de résines époxy et de poly(hydroxyuréthane)s (PHUs), aboutissant à des matériaux partiellement ou entièrement biosourcés. Les polymères obtenus ont été caractérisés et leurs propriétés chimiques et physiques ont été évaluées et comparées.

Die Erschöpfung der Erdölvorkommen sowie die erheblichen menschlichen und ökologischen Kosten, die mit der Herstellung fossiler Derivate verbunden sind, stellen heutzutage große Herausforderungen dar. In diesem Zusammenhang konzentrierte sich diese Forschungsarbeit auf die Untersuchung nachhaltigerer Monomere und Polymere. Sie wurde im Rahmen des europäischen Projekts NIPU-EJD durchgeführt, das darauf abzielt, die Entwicklung von nicht-isocyanat Polyurethanen (NIPUs) voranzutreiben. Der erste Teil der Arbeit konzentrierte sich auf die Entwicklung effizienter und weniger gefährlicher Synthesestrategien zur Herstellung neuartiger biobasierter Polyamine und zyklischer Carbonate als Monomere. Dabei wurde besonderes Augenmerk daraufgelegt, die Prinzipien der Grünen Chemie so weit wie möglich einzuhalten. Im Anschluss kamen die synthetisierten Polyamine in der Entwicklung von vinylogischen Urethanen (VUs), Epoxidharzen und Poly(hydroxyurethane)s (PHUs) zum Einsatz, mit dem Ziel, sowohl teilweise als auch vollständig biobasierte Materialien zu schaffen. Die resultierenden Polymere wurden umfassend charakterisiert, wobei ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften analysiert und miteinander verglichen wurden.

Nowadays, the depletion of petroleum deposits along with the human and environmental costs associated to the fossil-derivatives manufacturing chain are far-reaching issues. In this context, this research work focused on the investigation of more sustainable monomers and polymers. This work was developed in the frame of the NIPU-EJD European project, aiming on progressing the field of non-isocyanate polyurethanes, NIPUs. The first part of the research focused on the design of less hazardous and efficient synthetic strategies to achieve novel biobased polyamines and cyclic carbonates as monomers. All the pathways were required to follow the principles of Green Chemistry to the highest possible extend. Subsequently, the synthesized polyamines were employed in the development of vinylogous urethane (VUs) polymers, epoxy resins and poly(hydroxy urethane)s (PHUs) achieving partially and fully bio-based materials. The resulting polymers were characterized and their chemical and physical properties were tested and compared.