Nouveaux copolymères dérivés d'esters cellulosiques par polymérisation radicalaire contrôlée. Application à la purification du carbonate de diméthyle par un procédé de séparation par membrane

New copolymer derivatives from cellulosic esters by controlled radical polymerization - Application to the dimethyl carbonate purification with a membrane-based separation process

• Auteur / Autrice : Magali Heurtefeu
• Direction : Anne Jonquières
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 09/10/2008
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire
• Jury : Président / Présidente : Serge Etienne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Jonquières, Serge Etienne, Quang Trong Nguyen, Jean-Jacques Robin, Marlène Dresch
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Quang Trong Nguyen, Jean-Jacques Robin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Copolymères greffés

Carbonylation

Mots clés libres

Polymérisation radicalaire contrôlée

Relations propriétés-structure

Perméabilité

Copolymères greffés

ATRP

Membranes

Controlled radical polymerization

Structure-property relationships

Permeability

Membranes

ATRP

Grafted copolymers

Membranes

Résumé

Ce travail a consisté en la synthèse de nouveaux copolymères d’acétate de cellulose greffés par du poly(méthyl diéthylène glycol méthacrylate) avec un nombre et une longueur de greffons variables par une méthode de polymérisation radicalaire contrôlée : l’Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP). Deux familles de matériaux ont été obtenues ayant mêmes compositions (entre 20 et 50% en masse de greffons) mais des architectures différentes : de nombreux greffons courts ou peu de greffons longs. Ces matériaux ont ensuite été étudiés pour la séparation par pervaporation de mélanges azéotropiques de type aprotique/protique : carbonate de diméthyle/méthanol et éthyl tert-butyl éther/éthanol. Pour la séparation du premier mélange, la réticulation des copolymères s’est avérée nécessaire, conduisant à des matériaux qui restent fragiles sous contrainte et qui présentent des flux élevés au détriment d’une très faible sélectivité. Pour cette séparation, ces matériaux permettent cependant de dépasser la limite thermodynamique imposée par l’azéotrope. Pour le mélange éthyl tert-butyl éther/éthanol, les copolymères montrent d’excellentes performances en extrayant l’éthanol de manière très sélective. L’introduction de greffons permet d’augmenter le flux de pervaporat tout en ne diminuant que faiblement la sélectivité par rapport à l’acétate de cellulose précurseur. L’analyse de la microstructure des copolymères montre que les copolymères avec peu de greffons longs sont beaucoup plus ségrégés que ceux avec de nombreux greffons courts. Les résultats de perméabilité montrent des comportements différents selon l’architecture du copolymère cohérents avec leur microstructure

This work deals with the synthesis of new copolymers of cellulose acetate grafted with poly(methyl diethylene glycol methacrylate) with different numbers and lengths of grafted chains by controlled radical polymerization (Atom Transfer Radical Polymerization ATRP). Two families of materials were obtained with the same compositions (between 20 and 50% in mass of grafted chains) but different architectures : a lot of short chains or a few long chains. These materials were then studied for the pervaporation separation of two aprotic/protic azeotropic mixtures : dimethyl carbonate/methanol and ethyl tert-butyl ether/ethanol. For the separation of the first mixture, copolymers had to be cross-linked but their mechanical withstanding was poor under stress and they showed high fluxes but very low selectivity. Nevertheless, the materials allowed to go over the thermodynamical azeotropic limit. For ethyl tert-butyl ether/ethanol separation, copolymers showed excellent performances with a very selective extraction of ethanol. The presence of grafted chains increased flux along with a slight decrease in selectivity compared with the cellulose acetate precursor. The analysis of the copolymer microstructure showed that copolymers with long grafted chains were more segregated than those with short grafted chains. The results of permeability showed different behaviours according to the copolymer architecture in good agreement with their microstructure