Explorer le potentiel de la polymérisation photothermique – EXPO-PHOTO

La photopolymérisation est un procédé permettant un contrôle à la fois temporel et spatial de la polymérisation à température ambiante qui trouve application dans de nombreux domaines tels que les revêtements, les encres et la fabrication additive. Néanmoins, la plupart des systèmes de photopolymérisation utilisés aujourd'hui aux niveaux industriel et académique reposent généralement sur la production in-situ d’espèces actives sous UV ou lumière visible pour déclencher la polymérisation. Si cette stratégie est très efficace pour initier ou catalyser la polymérisation de différents monomères à température ambiante, plusieurs inconvénients subsistent: 1) la faible profondeur de pénétration des photons dans le domaine UV et visible limite la production de matériaux épais ou de composites; 2) les courtes longueurs d'onde associées à l'irradiation UV sont nocives; 3) étant donné que la photopolymérisation a lieu à température ambiante, l'accès à une large gamme de polymères nécessitant le dépassement de barrières d’activation à haute énergie est impossible.
Il est donc nécessaire de développer une technologie qui permette un contrôle spatial et temporel de la polymérisation, comme la photopolymérisation, tout en utilisant des longueurs d'onde d'irradiation plus sûres (proche infrarouge), permettant la formation d’échantillon épais, et qui offre les avantages de la polymérisation thermique (augmentation de température). À cet égard, l'utilisation de l'effet photothermique est apparue au cours des dix dernières années comme une stratégie efficace pour convertir un rayonnement proche infrarouge (NIR) en chaleur avec une haute résolution spatiale (nanomètres) et temporelle (picosecondes) et avec une pénétration de la lumière jusqu’à plusieurs centimètres. Cependant, dans la plupart des cas, la polymérisation photothermique a été réalisée à l'aide de nanoparticules d'or qui augmentent fortement le coût de cette technologie et posent des problèmes de compatibilité potentiels avec les formulations organiques (résines et monomères).
En conséquence, le projet EXPO-PHOTO vise à synthétiser des colorants organiques absorbant dans le proche infrarouge et ayant un fort effet photothermique (WP1). Ceux-ci seront ensuite utilisés pour induire un échauffement local de la matière dans le but d’établir de nouveaux procédés de polymérisation photothermique. À cette fin, une étude approfondie sera menée pour déterminer et modéliser la relation structure/effet photothermique des colorants organiques. Le potentiel de cette approche sera exploité pour trois domaines d’application clés: la fonctionnalisation et la réalisation de motifs sur surfaces par polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (WP2), l’élaboration de composites époxy-anhydride (WP2) et la préparation d’adhésifs et de revêtements polyhydroxyuréthane (WP3).
Pour atteindre ces objectifs, le projet EXPO-PHOTO rassemble un consortium constitué de trois partenaires académiques aux compétences reconnues et bien définies dans les domaines de la synthèse organique (ICR, D.Gigmes), de la photochimie (IS2M, J.Lalevée) et de la synthèse de polymères (ICGM, J. Pinaud et S. Caillol).