Particules biosourcées d'huiles végétales acryliques : Synthèse et applications

Versatile biobased particles of acrylate vegetable oils : Synthesis and applications

• Auteur / Autrice : Chaohe Hu
• Direction : Jacques Fattaccioli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des Matériaux
• Date : Soutenance le 08/06/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Processus d'activation sélectif par transfert d'énergie uni-électronique ou radiatif (Paris ; 1998-2024)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Yong Chen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fernando Leal-Calderon, Michaël Tatoulian, Florent Malloggi, Etienne Grau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fernando Leal-Calderon, Michaël Tatoulian
• DOI : 10.70675/7b1c7d74z3210z478az96bbz89f73c0dd444

Mots clés

Mots clés contrôlés

Huiles végétales

Polymérisation en émulsion

Microfluidique

Mots clés libres

Huiles végétales

Gouttelette

Émulsion

Microfluidique

Matériau biosourcé

Vegetable oils

Droplet

Emulsion

Microfluidic

Bio-Based material

Résumé

Depuis ses débuts, au début des années 1920, l'industrie des polymères dépend fortement des ressources en combustibles fossiles. Environ 4 à 8 % du pétrole, du gaz et de leurs dérivés sont aujourd'hui transformés en matériaux polymères. La plupart d'entre eux sont non recyclables et non dégradables, ce qui entraîne de graves problèmes environnementaux, préjudiciables à la faune et à l'homme. Dans ce contexte, il est nécessaire de développer des produits polymères alternatifs qui, à partir de matières premières renouvelables, présenteront le même niveau de complexité que les produits actuels issus de l'industrie pétrolière.Parmi les différentes matières premières biosourcées utilisées pour fabriquer des matériaux polymères, les huiles végétales sont prometteuses pour leur faible coût et leur dégradabilité intrinsèque, mais aussi parce que leur production est déjà optimisée pour l'industrie alimentaire. L'huile de soja époxydée acrylée (AESO) est un exemple des dérivés d'huiles végétales qui sont utilisés comme additifs plastifiants pour la formulation du PVC. Seule, l'AESO peut être facilement et rapidement polymérisée pour donner un polymère thermodurci. Cependant, en raison de sa viscosité intrinsèque élevée, la plupart des recherches sur les polymères à base d'AESO se sont concentrées jusqu'à présent sur les propriétés de masse, de revêtement ou de film de ce matériau, laissant dans l'ombre la possibilité de fabriquer des matériaux à haute valeur ajoutée.Ce travail se concentre sur la fabrication et l'application des microparticules d'AESO. Nous présentons d'abord une approche simple à travers un mélangeur vortex pour préparer les particules AESO polydispersées basées sur la photopolymérisation en émulsion. Les microparticules AESO synthétisées présentent une bonne dégradabilité dans des conditions chimiques et enzymatiques. Ensuite, nous développons un dispositif microfluidique '' one pot '' avec une structure de focalisation du flux pour l'émulsification et une zone serpentine pour la réticulation induite par les UV, qui peut être utilisé pour produire en continu des particules AESO monodispersées avec une taille réglable. Nous démontrons également la méthode basée sur les puces microfluidiques modifiées pour préparer les particules non sphériques, où une puce avec une jonction de focalisation d'écoulement en forme de Y est utilisée pour préparer les particules AESO en forme de croissant et une autre puce avec une double jonction de focalisation d'écoulement est utilisée pour synthétiser les particules AESO structurées en coquille de trou. De plus, des microcapsules d'AESO sont fabriquées par la puce personnalisée et elles sont disponibles pour encapsuler des solutions ou des substances aqueuses. Enfin, nous montrons la capacité des microparticules AESO à transporter les molécules organiques dans leurs réseaux réticulés et utilisons des méthodes similaires pour charger les médicaments (curcumine et ibuprofène). Le comportement de libération des médicaments dans le fluide corporel simulé peut être observé, ce qui peut constituer un support prometteur pour d'autres applications pharmaceutiques.

Since its beginning, in the early 1920's, polymeric industry relies heavily on fossil fuel resources. Approximately 4%-8% oil, gas and their derivatives are nowadays transformed into polymeric materials. Most of them are non-recyclable and non-degradable, hence leading to serious environmental issues, detrimental to wildlife and humans. In this context, there is a need for the development of alternative polymeric products, which, starting from renewable commodities, will share the same level of complexity than current ones derived from oil industry.Among the various bio-sourced raw products used to make polymeric materials, vegetable oils are promising for their low cost and intrinsic degradability, but also because their production is already optimized for the food industry. Acrylated epoxidized soybean oil (AESO) is one example of the vegetable oil derivatives that are used as e.g. plastifying additives for the formulation of PVC. Alone, AESO can be readily and rapidly polymerized to give a thermoset polymer. However, as a consequence of its high intrinsic viscosity, most of the research on AESO-based polymer so far is only focused on the bulk, coating or film properties of this material, leaving the possibility to fabricate high added value materials a blind spot.Herein, this work focuses on the fabrication and application of the AESO microparticles. We first present a simple approach through a vortex mixer to prepare the polydispersed AESO particles based on the emulsion photopolymerization. The synthesized AESO microparticles present a good degradability in the chemical and enzymatic conditions. Then, we develop a “one pot” microfluidic device with a flow-focusing structure for emulsification and the serpentine zone for UV-induced reticulation, which can be used to continuously product the monodispersed AESO particles with a tunable size. We also demonstrate the method base on the modified microfluidic chips to prepare the non-spherical particles, where a chip with Y-shape flow-focusing junction is used to prepare the crescent-shaped AESO particles and another chip with a double flow-focusing junction is utilized to synthesize the hole-shell structured AESO particles. In addition, AESO microcapsules are fabricated by the customized chip, and they are available to encapsulate the aqueous solutions or substances. Finally, we show the ability of AESO microparticles to carry the organic molecules into their crosslinked networks and use the similar methods to load the drugs (curcumin and ibuprofen). The release behavior of drugs in simulated body fluid can be observed, which may be act as a promising drug carrier for further pharmacy applications.