Une nouvelle famille de monomères bio-sourcés dérivés de l'acide itaconique et de l'homocystéine thiolactone pour la synthèse d'une nouvelle génération de superabsorbants

Biobased Acids-homoCYSteine Thiolactone-based monomers for new generation superabsorbent polymers

• Auteur / Autrice : Louise Faille
• Direction : Nicolas Illy, Alba Marcellan
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut parisien de chimie moléculaire (IPCM)

Mots clés

Mots clés libres

Polymères biosourcés

Super-absorbant

Poly(acides carboxyliques)

Biobased polymers

Superabsorbent

Polycarboxylic acids

Résumé

Les polymères superabsorbants (SAP) constituent une classe fascinante de matériaux avec un large éventail d'applications en raison de leur remarquable capacité à absorber et à retenir de grandes quantités de liquide par rapport à leur propre masse. Leur capacité à contrôler et à gérer les liquides les rend inestimables pour un large éventail d'applications industrielles. Ils sont en particulier très utiles dans les produits d'hygiène, tels que les couches, dans lesquelles la capacité d'absorption exceptionnelle de ces polymères assure une gestion efficace de l'humidité, apportant confort et commodité dans l'utilisation quotidienne. Dans l'agriculture, les polymères superabsorbants jouent un rôle crucial dans la rétention de l'eau dans le sol, réduisant ainsi la fréquence de l'irrigation. Dans le domaine biomédical, ils sont utilisés pour le soin des plaies afin d'accélérer le processus de guérison. Outre ces applications, les polymères superabsorbants sont utilisés dans diverses industries, notamment l'emballage, la construction et même dans le domaine de la protection de l'environnement. Toutefois, si les SAP se sont révélés précieux dans de nombreuses applications, leur utilisation n'est pas sans poser des problèmes environnementaux, principalement lors de leur élimination et de leur rejet potentiel dans les écosystèmes. La plupart des SAP sont d'origine pétrolière et non biodégradables, ce qui entraîne une pollution persistante des sols lorsqu'ils sont mis en décharge ou rejetés dans l'environnement. En outre, la production de SAP implique souvent l'utilisation de produits chimiques pétrosourcés et de processus à forte intensité énergétique, ce qui se traduit par une empreinte carbone associée à leur fabrication. Ce projet de recherche vise à explorer des alternatives biosourcées et biodégradables préparées selon des processus de fabrication plus durables afin d'atténuer l'impact sur l'environnement. Pour ce faire, une famille de polymères superabsorbants 100 % biosourcés sera synthétisée à partir de composés renouvelables abondants, tels que l'acide itaconique, l'homocystéine thiolactone, le chitosane ou l'acide citrique. Trois stratégies de synthèse différentes basées sur un concept de 'chimie clique' efficace à 100 % en termes d'atomes seront développées, ce qui permettra d'obtenir des architectures et des propriétés différentes. Une attention particulière sera accordée à la réalisation des synthèses dans des conditions durables (solvant vert, température ambiante et pression atmosphérique). Les propriétés physico-chimiques des hydrogels SAP seront déterminées, en particulier la biodégradabilité, la capacité d'absorption des liquides et la résistance mécanique du produit hydraté. Les matériaux synthétisés sont conçus pour répondre à une forte demande sociale et réglementaire. Les matériaux synthétisés répondraient à une forte demande sociétale et réglementaire, et ont donc un fort potentiel de développement industriel.

Superabsorbent polymers (SAP) are a fascinating class of materials with a wide range of applications due to their remarkable ability to absorb and retain large amounts of liquid relative to their own mass.1 Their ability to control and manage liquids makes them invaluable in a wide range of industrial applications. The best known is in the field of hygiene products, such as diapers, for which the exceptional absorbent capacity of these polymers ensures efficient moisture management, providing comfort and convenience in everyday use. In agriculture, superabsorbent polymers play a crucial role in water retention in soil reducing the frequency of irrigation. In the biomedical field, they are used in wound care to accelerate the recovery process. In addition to these applications, superabsorbent polymers are employed in diverse industries, including packaging, construction, and even in the field of environmental protection. However, while SAP have proven to be valuable in numerous applications, their use is not without environmental concerns. The pollution problems associated with superabsorbent polymers primarily stem from their disposal and potential release into ecosystems. Most SAPs are petro-sourced and non-biodegradable, leading to persistent soil pollution when landfilled or release in the environment. As a result, the accumulation of non-biodegradable SAPs contributes to long-lasting environmental pollution, affecting soil quality and potentially leaching harmful substances into the surrounding environment. Moreover, the production of SAP often involves the use of chemicals and energy-intensive processes, leading to a carbon footprint associated with their manufacturing. This research project aims to explore bio-based and biodegradable alternatives prepared according to more sustainable manufacturing processes in order to mitigate the environmental impact. To achieve this, a family of 100% bio-based superabsorbents polymers will be synthesized from abundant renewable compounds, such as itaconic acid, homocysteine thiolactone,2 chitosan polysaccharide or citric acid. Three different synthesis strategies based on a 100% atom efficient 'click chemistry' concept will be developed resulting in different architectures and properties. A particular attention will be paid to ensure that the syntheses are carried out under sustainable conditions (green solvent, room temperature and atmospheric pressure). Physico-chemical properties of the SAP hydrogels will be determined, in particular the biodegradability, the liquid absorption capacity and the mechanical strength of the hydrated product. The materials synthesized are designed to meet a strong social and regulatory demand. The synthesized materials would meet a strong societal and regulatory demand, and therefore have a high potential for industrial development.