Etude de l'auto-assemblage de copolymères à blocs induit par photopolymérisation pour l'impression 3D

Study of the self-assembly of block copolymers induced by photopolymerisation for 3D printing

• Auteur / Autrice : Loïc Buchon
• Direction : Jacques Lalevée, Jean-Michel Becht
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 30/11/2023
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse - Institut de Science des Matériaux de Mulhouse / IS2M

Mots clés

Mots clés contrôlés

Copolymères

Recyclage

Thermoplastiques

Impression 3D

Photopolymérisation

Mots clés libres

Séparation de micro-phase induite par polymérisation

Impression 3D

Copolymères à blocs

Photopolymérisation

Photoamorceur

Macro-amorceur

Auto-assemblage

Nanostructure

PIMS (Polymerization Induced Micro-phase Separation)

3D printing

Block copolymers

Photopolymerization

Photoinitiator

Macro-initiator

Self-assembly

Nanostructure

Résumé

Le but de ce travail de thèse a été d’élaborer une résine permettant le procédé PIMS (Polymerization Induced Micro-phase Separation) en photopolymérisation sous l’irradiation des longueurs d’onde du visible, applicable à l’impression 3D et donnant accès à des matériaux thermoplastiques aisément recyclables. Cette thèse s’est donc articulée autour de 3 axes principaux. Tout d’abord, de nouveaux photoamorceurs de Type I, permettant une photopolymérisation efficace sous l’irradiation du visible, ont été développés. Pour ce faire, les propriétés physico-chimiques d’une centaine de composés dérivés des oxydes de phosphines ont été calculées par modélisation moléculaire et les candidats les plus prometteurs ont été synthétisés. L’efficacité de ces nouveaux photoamorceurs a ensuite été évaluée en photopolymérisation et ceux avec les meilleures réactivités ont été utilisés avec succès en impression 3D. Dans une seconde partie, le macro-amorceur Flexibloc, fourni par Arkema, a été introduit dans des résines photosensibles, avec des compositions variées, afin de permettre le procédé PIMS. Différentes stratégies d’amorçages photochimiques ont aussi été étudiées. Néanmoins, en présence du Flexibloc, il n’a pas été possible d’obtenir un copolymère à blocs et le procédé PIMS. Par conséquent, de nouveaux macro-(co)amorceurs, fonctionnalisés avec des amines tertiaires, ont été synthétisés pour remplacer le Flexibloc dans les résines photopolymérisables. Finalement, ces nouveaux composés ont permis une photopolymérisation et une impression 3D efficaces. En outre, grâce à ces nouveaux macro-coamorceurs, il a été possible d’obtenir des copolymères et le procédé PIMS en photopolymérisation.

The aim of this thesis was to develop a resin enabling the PIMS process (Polymerization Induced Micro-phase Separation) in photopolymerization under the irradiation of visible lights, applicable to 3D printing and giving access to easily recyclable thermoplastic materials. For this purpose this thesis was structured around 3 main axis. First, new Type I photoinitiators have been developed, enabling efficient photopolymerization under visible light irradiation. For this purpose, the physico-chemical properties of a hundred compounds derived from phosphine oxides were calculated by molecular modeling, and the most promising candidates were synthesized. The efficiency of these new photoinitiators was then evaluated in photopolymerization, and those with the best reactivities were successfully used in 3D printing. In the second part, the Flexibloc macro-initiator, supplied by Arkema, was introduced into photosensitive resins with various compositions to enable the PIMS process. Multiple photochemical initiation strategies have also been studied. However, with the Flexibloc, it was not possible to obtain a block copolymer or the PIMS process. As a result, new macro-(co)initiators, functionalized with tertiary amines, have been synthesized to substitute the Flexibloc in photosensitive resins. Finally, these new compounds enabled efficient photopolymerization and 3D printing. In addition, these new macro-coinitiators made it possible to obtain copolymers and the PIMS process in photopolymerization.