Application industrielle de polymères solubles dans le dioxyde de carbone supercritique

Industrial application of supercritial carbon dioxide soluble polymers

• Auteur / Autrice : Alba Castanon Rodriguez
• Direction : Muriel Lansalot, Steven Howdle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 29/10/2018
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec University of Nottingham
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie OrganoMétallique de Surface (1994-2006)
• Jury : Président / Présidente : Andreas Heise
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muriel Lansalot, Steven Howdle, David B. Amabilino, Emmanuel Beyou, Helen Willcock
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andreas Heise, Sébastien Perrier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymérisation

Dioxyde de carbone supercritique

Polymères

Mots clés libres

Polymères

Dioxyde de carbone supercritique

RAFT polymérisation

Polymèrisation en dispersion

Polymers

Supercritical carbon dioxide

RAFT polymerisation

Dispersion polymerisation

Résumé

La capture du dioxyde de carbone (CO2) est devenu un enjeu mondial majeur et notre but est d’identifier des usages positifs du CO2, par exemple comme solvant alternatif pour la synthèse de polymères. La polymérisation en dispersion est un procédé industriel permettant de produire des particules de polymères avec une taille et une morphologie définies. L’utilisation du CO2 supercritique (scCO2) comme solvant pour ce type de polymérisation est toutefois limitée par l’existence et la disponibilité de stabilisants très solubles, peu chers et respectueux de l’environnement.Dans cette thèse, la synthèse de stabilisants hydrocarbonés est décrite. Jusqu’à récemment, l’utilisation de polymères fluorocarbonés ou à base de silicone était privilégiée car ces polymères présentent une bonne solubilité dans le scCO2. Cependant, ils demeurent coûteux et peu respectueux de l’environnement. Les stabilisants hydrocarbonés comme les poly(acétate de vinyle-stat-pivalate de vinyle) (P(VAc-stat-VPi)) constituent une alternative viable pour la polymérisation de la N-vinyl pyrrolidone (NVP) en dispersion dans le scCO2. Le but de cette étude est d’en étendre les potentialités à la polymérisation d’autres monomères comme le méthacrylate de méthyle (MMA). Une série de copolymères à blocs P(VAc-stat-VPi)-block-PNVP avec différentes masses molaires et compositions a été synthétisée par polymérisation radicalaire contrôlée (RAFT/MADIX) et caractérisée par plusieurs techniques telles que la résonance magnétique nucléaire (RMN) et la chromatographie d’exclusion stérique (SEC).Les copolymères à blocs ont été testés pour la polymérisation en dispersion du MMA

Carbon capture has become a major global process and our aim is to make positive use of the captured carbon dioxide (CO2) as an alternative green solvent. Supercritical carbon dioxide (scCO2) presents many advantages over other conventional solvents employed in polymer synthesis. It is nonflammable, has a very low toxicity and allows an easy recovery of the polymer. Dispersion polymerisation is a technique that provides polymer particles with defined morphology and size and it is therefore industrially relevant. However, the main limitation for using scCO2 as a solvent in this technique is the availability of highly CO2-soluble, environmentally friendly and affordable stabilisers. In this thesis the synthesis of hydrocarbon based stabilisers for dispersion polymerisation is explored. Until very recently, only fluorocarbon and silicone based polymers showed any significant solubility in scCO2 but these are expensive and not environmentally friendly. Hydrocarbon stabilisers constitute a viable alternative, however they have only worked successfully for one monomer system, NVP.1A range of P(VAc-stat-VPi)-block-PNVP block copolymers with different molar masses and molar ratios were synthesised using controlled radical polymerisation techniques (RAFT/MADIX) and characterised by different techniques (NMR, SEC) showing narrow dispersities. The NVP block was incorporated to act as an anchor to the growing polymer particles during dispersion. Solubility of the stabilisers was tested using a variable volume view cell.Finally, block copolymers of different DP of PNVP were tested in dispersion polymerisation of MMA