Distribution, dispersité, dissolution des polymeres biosourcés – 3DBIOBASED

Les méthodes robustes sont l'électrophorèse capillaire en milieu libre (donc sans phase stationnaire), l'analyse de la dispersion de Taylor (TDA) et la spectroscopie RMN 1H. Elles sont utilisées pour l' évaluation de la préparation d'échantillon: dissolution et filtration notamment. L'électrophorèse capillaire permet aussi de séparer et caractériser selon la composition chimique ou les ramifications. La TDA permet aussi de déterminer la taille (coefficient de diffusion, rayon hydrodynamique).
Ces méthodes rapides ainisi que l''établissement de relations structure-propriétés s'appuient sur le développement en parallèle de méthodes de séparation et caractérisation avancées multidimensionnelles.

La recherche sur la synthèse de polymères biosourcés et la fabrication de matériaux biosourcés s’est récemment intensifiée. Les méthodes de séparation et caractérisation de ces polymères sont cependant restées pour la plupart les mêmes que celles utilisées pour les polymères d’origine fossile. Des méthodes pour déterminer avec justesse les distributions de tailles, de masses molaires, de compositions chimiques et le branchement des polymères biosourcés sont nécessaires pour pouvoir synthétiser de nouveaux matériaux avec des propriétés optimales. Une nouvelle plateforme de séparation et caractérisation de routine de polymères biosourcés sera établie. Des méthodes avancées (bidimensionelles) de séparation et caractérisation seront mises en place en parallèle. Ces méthodes avancées permettront une caractérisation fine de polymères biosourcés bien choisis mais permettront aussi de valider la plateforme de caractérisations de routine (rapides et simples) de la taille ou la masse molaire, de la composition chimique, de la pureté et des ramifications, ainsi que de leurs hétérogénéités. Ainsi, l’électrophorèse capillaire (EC) dans les conditions critiques sera utilisée pour une caractérisation rapide du branchement ou de la composition chimique. Les méthodes d’EC seront complémentaires des méthodes actuelles de chromatographie d’exclusion stérique (SEC) tout en étant plus simples d’utilisation. L’analyse de la dispersion de Taylor (TDA) et la SEC avec détection multiple combinées à l’EC permettront d’évaluer et discuter les méthodes SEC actuelles de détermination de distributions des masses molaires et de volumes hydrodynamiques, ainsi que les moyennes (Mn, Mw, etc.) et dispersités associées (Ð, etc.).
Cette plateforme sera développée à partir de deux familles de polymères biosourcés pertinentes étudiées dans l’Equipe de Chimie des Polymères à Sorbonne Université : polyamides et polyesteramides obtenus à partir de monomères biosourcés non purifiés (acides dimères), et copolymères greffés obtenus à partir du polymère artificiel chitosane. Dans le cas des acides dimères, le but est de pouvoir utiliser leur complexité pour générer des polyesteramides et des polyamides avec des structures conçues et prévues grâce aux relations structure-propriétés. Les acides dimères contiennent des diacides à polymériser avec des diamines ou de l’éthanolamine, mais aussi des monoacides (acides gras résiduels qui n’ont pas dimérisé) et des triacides en proportions variées. Les monoacides stoppent la croissance des chaines macromoléculaires et limitent la taille des chaines, alors que les triacides donnent des structures branchées changeant donc la topologie tout en augmentant la masse molaire et pouvant mener à des gels. L’EC permettra notamment de suivre la conversion des différents acides durant les polymérisations, et donc de prédire masses molaires moyennes et degré de branchement moyen. Les relations synthèse-propriétés pourront donc aussi être établies.
Dans le cas des copolymères greffés, le chitosane, polymère artificiel issue de la chitine sera utilisé. La chitine est un déchet de l’industrie agro-alimentaire. L’EC permettra de déterminer les distributions de la composition chimique des chitosanes, plus connue sous le nom de degré d’acétylation. La connaissance de ces distributions permettra des caractérisations plus justes du chitosane et des copolymères à base de chitosane. L’acrylamide et la N-vinylpyrrolidone, deux monomères biosourçables, seront tous deux utilisés pour synthétiser séparément des copolymères greffés à partir du squelette de chitosane.
Ces deux familles de polymères biosourcés avec des structures complexes et différentes permettront de concevoir, développer et tester la plateforme de séparation et caractérisation. Cette plateforme sera alors ouverte à la communauté française et européenne, universitaire et industrielle, des polymères biosourcés.