CE06 - Polymères, composites, physique et chimie de la matière molle

Vitrimères Boriniques – aBOVE

Résumé de soumission

Les vitrimères sont des réseaux polymériques contenant des liaisons dynamiques, de sorte que leur topologie peut se réarranger sans que la connectivité du réseau diminue. Grâce à ces caractéristiques chimiques et structurelles, la viscosité des vitrimères varie de façon linéaire suivant une loi d’Arrhenius lorsque le matériau est chauffé au-dessus de sa transition vitreuse (Tg) et que les réactions d’échange entre les liaisons dynamiques sont rapides. Dans ces conditions, les vitrimères se comportent comme des liquides viscoélastiques et peuvent être mis en forme, recyclés et réparés. À température d’utilisation, la topologie des réseaux vitrimères est figée, soit en désactivant la réaction d'échange, soit figeant les chaines polymère dans un état vitreux ou cristallin. La catalyse ainsi que la fonctionnalité et la topologie des polymères peuvent être utilisées pour manipuler la dynamique des réactions d'échange, fournissant ainsi des outils simples mais efficaces pour ajuster la température de transition en dessous de laquelle les vitrimères se comportent comme des thermodurcissables, et au-dessus de laquelle ils peuvent être mis en forme et recyclés. Toutefois, pour pouvoir être transformés avec les équipements et les cadences de production utilisés pour les thermoplastiques, les vitrimères doivent présenter de faibles viscosités aux températures de mise en forme, ce qui implique des réactions d’échange très rapides entre les points de réticulation. Par conséquent, la réticulation dynamique est l'élément central des vitrimères. Une avancée très significative a récemment été réalisée dans le domaine des vitrimères grâce à la métathèse des dioxaborolanes. En effet, cette réaction a permis de supprimer la corrélation entre une réaction d'échange et une matrice polymère spécifique. Il a ainsi été possible d'appliquer une même chimie d’échange à la plupart des familles de polymères. À l’opposé, les autres réactions d’échange utilisées pour préparer des vitrimères sont généralement spécifiques d’une matrice polymère.
Dans ce contexte, les acides boriniques offrent des opportunités uniques pour concevoir des vitrimères avec de nouvelles propriétés, car ils devraient combiner la robustesse de la chimie du bore, déjà illustrée avec les vitrimères dioxaborolane, avec leurs attributs spécifiques, tels que leur stabilité hydrolytique, qui les différencient significativement des esters boroniques, leur caractère chargé ou neutre, et la liaison de coordination labile N - B dans le cas des dérivés borinato. Cependant, jusque récemment, les dérivés organiques borés étaient principalement limités aux dérivés d'acide boronique RB(OR)2, notamment du fait de la synthèse fastidieuse des dérivés d'acide borinique. Cependant, il a été récemment démontré que des complexes amine borane peuvent être utilisés pour préparer sélectivement et efficacement des acides diarylboriniques.
Le projet aBOVE a pour objectif de concevoir des vitrimères organo- et hydrosolubles reposant sur la chimie des acides boriniques, puis de les étudier en masse et en solution. Cette chimie d'échange a été retenue pour son potentiel à donner accès à des (hydro)gels vitrimères, un domaine encore inexploré, ainsi qu'à des vitrimères polyélectrolytes et conducteurs ioniques. Dans le cas de dérivés borinato, la possibilité d'utiliser la liaison de coordination N-B pour induire une auto-vitrimérisation déclenchable sera étudiée. En cas de succès, cette approche offrira une voie innovante pour transformer les thermoplastiques en vitrimères, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter des agents de réticulation, des additifs réactifs ou un catalyseur. Par conséquent, le projet aBOVE vise à développer des recherches alliant aspects fondamentaux et appliqués, afin de concevoir de nouvelles méthodologies de synthèse et des vitrimères innovants, avec des applications potentielles dans le domaine les gels injectables, des adhésifs, de la galénique, des batteries et des membranes de séparation.

Coordinateur du projet

Monsieur Renaud NICOLAY (Chimie Moléculaire, Macromoléculaire, Matériaux)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ISM Institut des Sciences Moléculaires
C3M Chimie Moléculaire, Macromoléculaire, Matériaux

Aide de l'ANR 393 791 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2019 - 48 Mois

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