Utilisation de solvants eutectiques profonds et de dérivés liquides ioniques pour la conception de nouveaux matériaux

Use of deep eutectic solvents and ionic liquid derivatives for the design of new materials

• Auteur / Autrice : Jérémy Depoorter
• Direction : Etienne Fleury
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 21/05/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....) - Ingénierie des Matériaux Polymères / IMP
• Jury : Président / Présidente : Karine Vigier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Etienne Fleury, Karine Vigier, Christophe Chassenieux, Didier Lecerf, Julien Bernard, Aurélia Charlot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Chassenieux, Didier Lecerf

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solvants

Copolymères

Éco-matériaux

Matériaux hybrides

Mots clés libres

Matériaux

Matériaux biosourcés

Copolymère

PIL- Poly(Ionic Liquid)

Liquide ionique

Guar

Auto assemblage

Polymérisation RAFT

Polysaccharide

Solvants eutectiques profonds - DES

Agents structurants

Matériaux biosourcés

Materials

Biobased materials

Copolymer

PIL - Poly(Ionic Liquid)

Ionic Liquids

Guar

Self assembly

RAFT polymerization

Polysaccharide

DES - Deep eutectic solvents

Structuring agents

Biosorbent material

Résumé

Depuis plusieurs années, le développement de nouveaux solvants, comme les liquides ioniques (ILs) et les solvants eutectiques profonds (DES), suscite un intérêt grandissant. Les ILs sont des sels possédant une température de fusion inférieure à 100 °C. Les DES sont des solvants issus du mélange de molécules interagissant fortement entre elles par liaisons hydrogène, conduisant à une forte diminution de la température de fusion, devenue bien inférieure à celles des composés de départ. Les ILs et les DES sont des solvants intéressants qui possèdent une pression de vapeur saturante négligeable, sont non inflammables et présentent, généralement, une bonne stabilité thermique et chimique. Les DES peuvent être biodégradables, biocompatibles, d’origine naturelle, ce qui est discutable pour les ILs. Ce projet de thèse rassemble différentes parties visant le développement de matériaux intégrant i) des DES, utilisés en tant que solvants et agents structurants, ii) des ILs utilisés en tant que monomères. Cette thèse décrit la préparation de trois catégories de matériaux : 1) des matériaux biosourcés à base de guar, un polysaccharide d’origine végétale, mélangé avec un panel de DES d’origine naturelle pour obtenir des mélanges entièrement biosourcés. Leurs propriétés thermiques, rhéologiques, et de transport ionique ont été caractérisées et l’organisation interne a été étudiée par des techniques de diffusion de rayonnement, 2) des copolymères greffés constitués de guar en tant que chaîne principale et possédant des greffons latéraux de poly(liquide ionique) (PIL) ; ces copolymères ont été obtenus par l’approche de “grafting from" en utilisant la polymérisation RAFT. 3) des particules entièrement constituées de PIL et issues d’un auto-assemblage induit par la polymérisation (PISA). De nouveaux ILs monomères isomères présentant une dualité de solubilité dans l’eau une fois polymérisés, ont été synthétisés et utilisés en PISA, permettant de générer des objets de morphologie et de taille variées.

For several years, there has been growing interest in the development of new solvents, such as ionic liquids (ILs) and deep eutectic solvents (DESs). ILs are salts with a melting point below 100~°C. DES are solvents resulting from the mixing of molecules which interact strongly with each other by hydrogen bonds; this leads to the melting temperature decreasing and becoming lower than those of the starting compounds. ILs and DESs are interesting solvents with a negligible saturation vapour temperature. They are non-flammable, biocompatible and of natural origin, which is questionable for ILs. This manuscript describes the preparation of three categories of materials: 1) biobased materials based on guar, a plant-based polysaccharide, mixed with a panel of DES of natural origin to obtain fully biobased blends. This thesis includes different sections aiming t the development of materials using i) DES as solvents and structuring agents, ii) ILs as monomers. Their thermal, rheological and ion transport properties were characterized and the internal organization was studied by radiation scattering techniques, 2) graft copolymers consisting of guar as the main chain and having poly(ionic liquid) (PIL) side grafts; these copolymers were obtained by the "grafting from" approach using RAFT polymerization. 3) particles consisting entirely of PIL and derived from polymerization-induced self-assembly (PISA). New isomeric monomeric ILs with dual solubility in water once polymerized have been synthesized and used in PISA, allowing the generation of objects of various morphology and size.