Synthèse et caractérisation de nouveaux additifs de formulation hydrosolubles polyuréthanes sans isocyanate

Synthesis and characterization of non-isocyanate hydrosoluble polyurethanes as new formulation additives

• Auteur / Autrice : Baptiste Quienne
• Direction : Sylvain Caillol, Julien Pinaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et physico-chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 23/06/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Sinturel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Caillol, Julien Pinaud, Christophe Sinturel, Maud Save, Henri Cramail, Christophe Detrembleur
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maud Save, Henri Cramail

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyuréthanes sans isocyanates

Additifs

Polyuréthanes

Mots clés libres

Polyuréthanes

Hydrosolubles

Additifs

Sans isocyanates

Polyurethanes

Hydrosolubles

Additives

Isocyanate-Free

Résumé

Les agents de rhéologie uréthanes ethoxylés hydrophobiquement modifiés (HEUR) sont massivement utilisés pour contrôler la rhéologie de solutions aqueuses notamment dans les peintures et encres. Ils sont très versatiles, en comparaison aux autres agents de rhéologie associatifs synthétiques, puisqu'ils permettent d'obtenir des profils de rhéologie newtoniens ou pseudoplastiques sur une large gamme de cisaillement, et cela indépendamment du pH. Ces structures amphiphiles doivent leurs propriétés à l'association de leurs groupements hydrophobes formant un réseau de micelles dynamique. De plus, ces propriétés peuvent être ajustées en modifiant la structure chimique de l'additif afin d'obtenir un profil rhéologique optimal pour l'application visée.Cette thèse s'inscrit dans une optique d'une chimie plus respectueuse de la santé et de l'environnement en cherchant à substituer les isocyanates dans la synthèse de ces agents de rhéologie. Elle a donc pour objectif de développer des HEUR sans isocyanate avec des propriétés au minimum équivalentes aux HEUR commerciaux. Pour cela, nous nous sommes intéressés à la synthèse de HEUR via la réaction d’aminolyse de carbonates cycliques menant à des polyhydroxyuréthanes, voie de synthèse la plus prometteuse de polyuréthane sans isocyanate. Les différentes structures chimiques synthétisées ont été caractérisées, et leurs propriétés rhéologiques évaluées dans l’eau et dans des latex. La synthèse des additifs les plus prometteurs a également été transférée vers l'industriel pour une montée en échelle. L'additif obtenu a ensuite été formulé pour obtenir un produit final pouvant être mis en œuvre de la même manière que des HEUR commerciaux.

Rheology modifiers such as hydrophobically modified ethoxylated urethanes (HEURs) are widely used to control the rheology of aqueous solutions like paints and inks. Compared to other associative rheology modifiers, they are very versatile and give Newtonian to fully pseudoplastic rheology profiles over a wide range of shear rate, and with a reduced sensitivity to pH. HEURs are amphiphilic structures and whose hydrophobic groups associate to form a micelle transient network responsible of the pseudoplastic properties. Depending on the final application, the properties can be tuned by varying the chemical structure of such additives.With the objective to develop a more eco-friendly and safer synthetic pathway to HEURs, this industrial thesis project proposes to synthesize new HEUR additives, which display at least equivalent properties compared to conventional HEURs, without the use of isocyanate. To this aim, new polyhydroxyurethane additives have been synthesized by aminolysis of cyclic carbonates. Their chemical structures were characterized and their rheological properties studied both in water and in latexes. The synthesis of the most promising additives was then transferred to industrial scale. Moreover, the additive was formulated to obtain a final product that would be employed in the same conditions as commercially available HEURs.