Approaches covalentes et non covalentes pour moduler les propriétés viscoélastiques et mécaniques des vitrimères à base d'esters boroniques

Covalent and non-covalent approaches to modulate the viscoelastic and mechanical properties of boronic ester-based vitrimers

• Auteur / Autrice : Alvaro Quinteros sedano
• Direction : Renaud NicolaŸ
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 02/11/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie moléculaire, macromoléculaire, et matériaux
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)

Mots clés

Mots clés libres

Vitrimères

Élastomères

Liaison covalente dynamique

Charge organique supramoléculaire

Esters boroniques

Vitrimers

Elastomers

Dynamic covalent bond

Supramolecular organic filler

Boronic esters

Résumé

Les vitrimères sont des réseaux permanents de chaînes polymères réticulées par des liaisons covalentes dynamiques qui permettent au réseau de changer de topologie tout en maintenant une densité de réticulation moyenne constante à toute température. Les réticulations dynamiques sont caractérisées par une réversibilité et une cinétique d'échange rapide, qui ensemble permettent aux vitrimères de couler comme un verre amorphe à des températures élevées. Les vitrimères sont donc capables de relaxer complètement des contraintes. De plus, les échanges entre réticulations dynamiques peuvent avoir lieu à l'interface entre des matrices polymères de natures chimiques similaires et différentes. Ces caractéristiques font aux vitrimères des matériaux prometteurs de nouvelle génération pour les applications de recyclage et de surcyclage. Cependant, la connectivité du réseau constante et indépendante de la température des vitrimères représente un formidable défi de traitement. Les vitrimères avec des densités de réticulation élevées présentent généralement des viscosités élevées, ce qui empêche le moulage par injection. En outre, dans le soudage des composants de vitrimères, il existe un compromis inhérent entre la réversibilité de la soudure et la résistance. Dans ce projet, nous explorerons une nouvelle approche pour permettre aux matériaux réticulés de vraiment se comporter comme des thermoplastiques aux températures de traitement. Le projet sera hautement interdisciplinaire, car il englobera la synthèse organique, la fonctionnalisation des polymères, la physicochimie et la science des matériaux. Nous éluciderons les principes générés dans ce projet grâce à l'application créative de la diffusion des rayons X, la microscopie, la spectroscopie, la rhéologie, la calorimétrie et des techniques d'essais mécaniques.

Vitrimers are permanent networks of polymer chains that are crosslinked with dynamic covalent bonds that enable the network to change its topology while maintaining a constant average crosslinking density across all temperatures. The dynamic crosslinks are characterized by reversibility and fast exchange kinetics, which together allow vitrimers to flow like an amorphous glass at elevated temperatures. Vitrimers are consequently capable of fully relaxing stress. In addition, the exchanges between dynamic crosslinks can take place at the interface between polymer matrices of similar and different chemical natures. These features make vitrimers a promising next-generation material for recycling and upcycling applications. However, the constant, temperature-independent network connectivity of vitrimers represents a formidable processing challenge. Vitrimers with high crosslinking densities typically exhibit high viscosities, which precludes injection molding. Furthermore, in the welding of vitrimer components, there is an inherent trade-off between weld reversibility and strength. In this project, we will explore a new approach to enable crosslinked materials to truly behave as thermoplastics at processing temperatures. The project will be highly interdisciplinary, as it will encompass organic synthesis, polymer functionalization, physical chemistry, and materials science. We will elucidate principles generated in this project through creative application of X-ray scattering, microscopy, spectroscopy, rheology, calorimetry, and mechanical testing techniques.