Thermoreversible associations between multiarm structures based on poly(trilmethylene carbonate) oligomers for materials with potential applications in the biomedical field : structure-properties relationships

par Xiang Li

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Frédéric Becquart.

Soutenue le 25-04-2019

à Lyon , dans le cadre de École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne) , en partenariat avec IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères UMR 5223 (Rhône-Alpes) (équipe de recherche) , Université Jean Monnet (Saint-Étienne) (établissement opérateur d'inscription) et de IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères UMR 5223 (Rhône-Alpes) (laboratoire) .

Le président du jury était Patrice Woisel.

Le jury était composé de Jean-Charles Majeste, Jianding Chen.

Les rapporteurs étaient Frédéric Léonardi, Laurent Bouteiller.

  • Titre traduit

    Associations thermoréversibles entre structures multi-bras à base d’oligomères de poly(triméthylène carbonate) pour l’élaboration de matériaux à applications potentielles dans le champ biomédical : relations structures-propriétés


  • Résumé

    Cette thèse décrit la fonctionnalisation de poly(triméthylène carbonate) (PTMC) par des motifs à liaisons hydrogène multiples (HBM) ou permettre la réaction de Diels-Alder (DA) dans le but d’obtenir des réseaux thermoréversibles et d’étudier leurs relations structure-propriétés. Des oligomères de PTMC linéaires ont d'abord été synthétisés. Puis des structures polymères supramoléculaires multi-bras à base de PTMC portant des HBM de triuret ou de tétrauret téléchéliques ont ensuite été élaborés à partir d’'urée et d’un diisocyanate. Les constantes d'association (Ka) ont été déterminées par RMN dans CDCl3. L’augmentation de la fonctionnalité HBM ou la réduction des longueurs de chaînes PTMC ont amélioré la résistance au fluage et le module d’Young. Les morphologies et la dynamique de ces structures supramoléculaires ont été étudiées à l’état fondu pour révéler deux modes de relaxation correspondant à deux microdomaines, induits par les interactions entre groupes uréthane et HBM. Par l’étude des dynamiques d’association de PTMC supramoléculaires linéaires bifonctionnels en masse a démontré que seuls des dimères se formaient entre HBM de triuret aux temps courts, conduisant à une extension de chaîne équivalente à une polycondensation. Les Ka de ces triurets ont ensuite été calculé à partir d'un modèle simple et original basé sur des mesures de viscosité à l'état fondu. Des réseaux équivalents de différentes densités ont également été obtenus par la réaction DA entre chaînes de PTMC fonctionnalisées par un furanne et un bismaléimide. Des réseaux ont été obtenus et les effets de la fonctionnalité du furanne sur la densité et les propriétés du réseau ont été mis en évidence. Ce ph-D décrit la fonctionnalisation du poly (triméthylène carbonate) (PTMC) par des motifs de liaison hydrogène (HBM) et des réactions de Diels-Alder (DA) afin d’obtenir des réseaux thermoréversibles et de révéler leurs relations structure-propriété. Les oligomères de PTMC linéaires ont d'abord été synthétisés par polymérisation par ouverture de cycle. Des polymères supramoléculaires multi-bras à base de PTMC portant des HBM de triuret et de tétrauret téléchéliques ont ensuite été synthétisés en utilisant de l'urée et un diisocyanate en tant que lieur. Les constantes d'association (Ka) des HBM triuret et tétrauret ont été déterminées par RMN dans CDCl3. L’augmentation de la fonctionnalité HBM ou la réduction de la longueur de la chaîne PTMC ont doté les réseaux d’une meilleure résistance au fluage et d’un module de Young plus élevé lors des essais de traction. Les morphologies et la dynamique de ces polymères supramoléculaires ont été étudiées à l’état fondu pour révéler deux modes de relaxation correspondant à deux microdomaines, induits par la liaison hydrogène entre les groupes uréthane et HBM .. Par l’étude de dynamique d’association de PTMC supramoléculaires linéaires bifonctionnels en masse, comme un modèle, il a été révélé que seuls des dimères se formaient entre des HBM triuret à des temps courts, conduisant à une extension de chaîne linéaire équivalente à une polycondensation. Les ka de HBM de triuret ont ensuite été calculés à partir d'un modèle simple et original basé sur des mesures de viscosité à l'état fondu. Des réseaux équivalents de différentes densités ont également été obtenus par réaction de Diels-Alder entre une PTMC fonctionnalisée par un furanne et un bismaléimide. Des structures de réseau parfaites ont été obtenues et les effets de la fonctionnalité du furanne sur la densité et les propriétés du réseau ont été mis en évidence. La thermoréversibilité s'est produite de 130 ° C à 160 ° C sur la base de leurs densités.


  • Résumé

    This ph-D describes the functionalization of poly(trimethylene carbonate) (PTMC) by hydrogen bonding motifs (HBMs) and Diels-Alder (DA) reactions to obtain thermoreversible networks and to reveal their structure-property relationships. Linear PTMC oligomers were first synthesized by ring-opening polymerization. PTMC-based multiarm supramolecular polymers bearing telechelic triuret and tetrauret HBMs were then synthesized using urea and a diisocyanate as a linker. Association constants (Ka) of triuret and tetrauret HBMs were determined by NMR in CDCl3. Increasing the HBM functionality or reducing PTMC chain length endowed networks with better creep resistance and higher Young’s modulus in tensile tests. The morphologies and dynamics of these supramolecular polymers were investigated in the melt state to reveal two relaxation modes corresponding to two microdomains, induced by hydrogen bonding between urethane groups and HBMs.. By the association dynamics study of bifunctional linear supramolecular PTMC in bulk, as a model, it was revealed, only dimers were formed between triuret HBMs at short times, leading to the linear chain extension equivalent to a polycondensation. Ka of triuret HBMs were then calculated from a simple and original model based on viscosity measurements in the molten state. Equivalent networks with different densities were also obtained by Diels-Alder reaction between furan-functionalized PTMC and a bismaleimide. Perfect network structures were obtained and the effects of furan functionality on network density and properties were evidenced. The thermoreversibility was found to occur from 130 °C to 160 °C based on their densities.


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