Elastomères à double dynamique pour l'élaboration de matériaux réparables et recyclables

Double-dynamic elastomers : combining dynamic chemistries in a repairable and recyclable material

• Auteur / Autrice : Simon Mckie
• Direction : Nicolas Giuseppone
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 27/10/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Sadron (Strasbourg ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Christian Gauthier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rémi Perrin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrice Woisel, Andreas Walther

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie dynamique constitutionnelle

Réticulation (polymérisation)

Polyuréthanes

Élastomères

Mots clés libres

Double-dynamique

Polymère

Supramoléculaire

Imine

Uréidopyrimidinone

Elastomère

Double-dynamic

Polymer

Supramolecular

Imine

Ureidopyrimidinone

Elastomer

Résumé

Grâce à l'introduction de deux groupes chimiques dynamiques distincts dans un réseau de polymères élastomères, un matériau auto-cicatrisant et recyclable a été synthétisé et caractérisé. La polycondensation d'un polybutadiène polyamine avec une uréidopyrimidinone fonctionnalisée par deux aldéhydes, a abouti à un matériau élastique fort et extensible, composé de liaisons croisées d'imines ainsi que de dimères et d'agrégats d'uréidopyrimidinones. La caractérisation physique a montré que ce matériau à double dynamique présente un comportement caoutchouteux à température ambiante, tandis que, à des températures élevées, les chimies supramoléculaires et covalentes réversibles sont activées, ce qui entraîne des propriétés vitrimères. Pour étudier de plus près le rôle des deux fragments dynamiques, le comportement des matériaux uniquement réticulés par des interactions supramoléculaires a été exploré. Dans ces matériaux, le comportement caoutchouteux aux températures d’usage est à nouveau observé, tandis qu’un état visqueux est observé à des températures élevées. Dans tous les cas, les matériaux dynamiques se sont auto-cicatrisés lors de l'exposition à la chaleur et sont recyclables par hydrolyse acide.

By the introduction of two distinct dynamic chemical groups into an elastomeric polymer network, a self-healing and soluble material was synthesised and characterised. The polycondensation of a polyamine polybutadiene with a novel dialdehyde-functionalised ureidopyrimidinone, resulted in a strong and stretchable elastic material, composed of imine cross-links as well as ureidopyrimidinone dimers and aggregates. Physical characterisation demonstrated that this double-dynamic material displays rubbery behaviour at ambient temperatures, while at elevated temperatures both supramolecular and reversible covalent chemistries are activated resulting in vitrimeric properties. To more closely investigate the role of both dynamic moieties, the behaviour of materials solely cross-linked by supramolecular interactions were studied. In these materials, rubbery behaviour at service temperatures is again observed, while viscous flow is observed at elevated temperatures. In all cases, the dynamic materials were self-healing on exposure to heat, and soluble by acid-catalysed hydrolysis.