Carbènes N-hétérocycliques photolatents pour la polymérisation par ouverture de cycle différée – PHOTONDROP

La photopolymérisation est une technologie bien établie au niveau industriel qui suscite un intérêt croissant ces dernières années en raison des avantages économiques et environnementaux qu'elle présente. Cependant, les films et revêtement basés sur cette technologie sont aujourd'hui obtenus à 95% par un procédé radicalaire fortement inhibé en présence d'oxygène. Il y a donc un intérêt évident à développer de nouveaux photoamorceurs ne se basant pas sur un procédé radicalaire. A cet égard, les Carbènes N-Hétérocycliques (NHCs) ont récemment émergés comme très bons ligands de complexes organométalliques (catalyseur de Grubbs de 2ème génération) mais aussi comme catalyseurs organiques pour des réactions de polymérisation (polymérisation par ouverture de cycle, par condensation..) avec de très bonnes efficacités. Les NHCs sont généralement synthétisés par la déprotonation d'un sel d'imidazolium au moyen d'une base forte, mais leur génération in-situ et sur demande à partir de composés thermolabiles a également été le sujet d'une intense recherche au cours de ces dernières années. De manière surprenante, la génération de NHCs par un procédé photochimique n'a jamais été rapportée, et le développement d'un NHC photolatent reste à être établi.

Le projet Photon DROP a pour objectif de développer des Carbènes N-hétérocycliques (NHCs) photo-latents via une méthode de synthèse simple et robuste (WP1). Ceux-ci seront ensuite utilisés respectivement comme organocatalyseurs photolatents ou comme ligands photo-latents pour la polymérisation par ouverture de cycle anionique(ROAP) ou par métathèse (ROMP). Les applications visées sont la synthèse de revêtements par irradiation UV (WP2) et la production de latex (WP3).
Comme nous le montrons au travers de résultats préliminaires, un simple échange d'anions entre un sel d'imidazolium et un sel photosensible conduit aux NHCs photo-latents. En tant que précurseurs de catalyseurs organiques, ils seront utilisés pour la ROAP d'esters cycliques bio-sourcés tels que les macrolactones, que ce soit en masse pour former des revêtements biodégradables, ou bien en miniemulsion aqueuse pour la synthèse de latex. Les revêtements polyesters pourront trouver notamment application dans le domaine de l'emballage à usage unique, alors que sous forme de latex ils devraient être une première étape vers l'élaboration de peintures biodégradables. De manière plus originale, ces NHCs photo-latents seront employés en tant que pre-ligands pour la génération in-situ de catalyseurs à base de Ruthèneium, eux même capables de catalyser la ROMP d'oléfine cycliques (norbornene). Ce système de ROMP photolatente sera notamment employé en masse pour la synthèse de revêtement résistant aux intempéries, ou en miniemulsion pour la formation de particules cargo pouvant être employées dans des revêtements bioactifs.
Nous pensons que les formulations photolatentes développées au cours du projet PHOTON DROP seront aussi un premier pas vers l'élaboration de nouveaux matériaux pour l'impression 3D (stéréolithographie). Les objets obtenus par photoROMP devraient notamment présenter de meilleures propriétés mécanique que ceux actuellement obtenus par des systèmes acryliques ou epoxy/acryliques. Les objets fabriqués à base de polyesters devraient quant à eux montrer des propriétés de biodégradabilité.

Pour atteindre ces objectifs, le programme de recherche du projet PHOTON DROP a été divisé en 5 groupes de travaux (work package 1-5):
WP 1: Synthèse et caractérisation des NHCs photolatent
WP 2: Nouveaux revêtements par photo-ROMP et -ROAP
WP 3: Nouveaux latex polymères par photo-ROMP et ROAP en Miniemulsion
WP 4: Coordination du projet
WP 5: Exploitation industrielle des résultats de recherche.