Chimie covalente dynamique dans les latex polymères pour la formation de films vitrimères – DYNAMEX

Les latex synthétiques, dispersions de particules de polymère, sont les produits clés de diverses industries. C'est notamment le cas dans le domaine des revêtements, qui nécessitent la formation d'un film polymère présentant des propriétés spécifiques telles que l'adhésion, la brillance, la résistance aux solvants, à la corrosion, ou des propriétés barrières aux gaz ou à l'eau. Le procédé industriel le plus répandu pour former des latex est la polymérisation en émulsion, dans laquelle la stabilité des particules est assurée par des tensioactifs de faible masse molaire. Cependant, lorsque ces latex sont mis en œuvre sous forme de film, ces espèces hydrophiles sont susceptibles de migrer aux interfaces film-substrat ou film-air, impactant négativement certaines propriétés. Depuis plus de 20 ans, la conception de latex sans tensioactifs suscite ainsi un fort intérêt dans les communautés académique et industrielle. L'une des solutions développées consiste à utiliser des stabilisants macromoléculaires, fortement ancrés à la surface des particules à l'issue de la polymérisation. Cette approche requiert l'utilisation de macromolécules hydrophiles réactives qui peuvent prendre part à la polymérisation. Les progrès réalisés dans la synthèse de telles macromolécules par des techniques de polymérisation radicalaire contrôlée, telle que la RAFT, ont récemment contribué au développement de cette stratégie.
Les propriétés des films polymères peuvent également être renforcées par la réticulation covalente des chaînes, induite pendant la formation du film et conduisant à des films réticulés de manière irréversible. Cependant, l'introduction de points de réticulation covalents mais dynamiques pourrait améliorer significativement les propriétés des films, comme c’est le cas pour les vitrimères. Les vitrimères sont des réseaux polymériques avec des liens échangeables de sorte que leur topologie peut se réorganiser sans perte d'intégrité du réseau. Ces liens dynamiques fournissent une résistance semblable aux thermodurcissables à la température d’utilisation, mais permettent la remise en forme du matériau à température élevée. Les récents succès obtenus pour la synthèse de ces matériaux ouvrent un nouveau paradigme pour les latex et leurs applications. En effet, introduire de tels points de réticulation dynamiques dans les films obtenus à partir de latex permettrait de préserver les propriétés chimiques et mécaniques d'un matériau réticulé, telles que la résistance chimique, la résistance au fluage ou aux rayures. Ces liens permettraient également d'accéder à des propriétés additionnelles telles que l'auto-cicatrisation et la recyclabilité et une meilleure adhésion, autant de propriétés primordiales pour les applications revêtements. De plus, la chimie covalente dynamique peut également être utilisée pour réticuler les matériaux pendant leur mise en forme, conduisant ainsi à un nouveau procédé de filmification.
Le but du projet DYNAMEX est d'élaborer de nouveaux latex polymères conduisant à la formation de films réticulés présentant des propriétés cicatrisantes et/ou un caractère recyclable grâce à leur comportement vitrimère. Pour relever ces défis, des latex sans tensioactifs incorporant des groupes fonctionnels capables d'établir des liaisons covalentes dynamiques seront synthétisés en combinant la technique RAFT et la polymérisation en émulsion. Ces latex seront mélangés avec un autre latex fonctionnel ou des (macro)molécules portant les fonctions complémentaires nécessaires à la formation des liens échangeables. Ajuster la quantité et la position des fonctions complémentaires permettra de moduler la densité de réticulation, et par conséquent les propriétés mécaniques des films ainsi que la dynamique des échanges. DYNAMEX nous permettra ainsi de démontrer l'applicabilité de la chimie vitrimère à la polymérisation en émulsion, pour produire des films polymères intégrant des réticulations dynamiques pouvant conduire à des propriétés inédites.