Free radical emulsion polymerization of ethylene

par Guilhem Billuart

Thèse de doctorat en Chimie

Soutenue le 23-03-2015

à Lyon 1 , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Laboratoire de Chimie, Catalyse, Polymères et Procédés (laboratoire) .

Le président du jury était Emmanuel Beyou.

Le jury était composé de Gilles-Menno Dufour, Frédéric Peruch.

Les rapporteurs étaient José M. Asua, Hans Heuts.

  • Titre traduit

    Polymérisation radicalaire de l’éthylène en émulsion


  • Résumé

    Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la polymérisation radicalaire de l'éthylène en émulsion, dans des conditions douces (P < 250 bar et T < 90 °C). Tout d'abord, l'homopolymérisation de l'éthylène a été étudiée. Des latex stables de polyéthylène présentant des taux de solide relativement élevés (30 %) ont été obtenus. Pour cela, deux systèmes différents d'amorçage et de stabilisation (cationique et anionique) ont été employés. Ces latex peuvent trouver des applications comme revêtements hydrophobes (par exemple du papier). L'étude des propriétés thermiques des latex a mis en évidence des phénomènes de cristallisation du polyéthylène à basse température, dû à son confinement dans les nanoparticules. Cela a une forte influence sur les morphologies finales des particules. D'autre part, la copolymérisation radicalaire de l'éthylène en émulsion a été étudiée. Les comonomères utilisés sont le styrène, l'acrylate de butyle, le méthacrylate de méthyle et l'acétate de vinyle qui différent par leur solubilité dans l'eau et leurs rapports de réactivité de copolymérisation avec l'éthylène. La composition des copolymères obtenus influence leurs propriétés thermiques (Tg, Tf). Des latex stables de copolymères de compositions variées ont pu ainsi être synthétisés. Ce travail en homo- et copolymérisation a souligné la complexité des milieux de polymérisation en émulsion impliquant un monomère gazeux supercritique comme l'éthylène


  • Résumé

    In this work, the free radical emulsion polymerization of ethylene under mild conditions (P < 250 bar and T < 90 °C) was investigated. Ethylene homopolymerization was first studied. Stable polyethylene latexes of significantly high solids content (30 %) were produced. This was achieved by the use of two different initiating and stabilizing systems (cationic and anionic). These latexes could be applied as hydrophobic coatings (e.g. on paper). Investigation of the thermal properties of the latexes evidenced crystallization phenomena at low temperatures, owing to PE confinement in the nanoparticles, which strongly impacted their final morphologies. Free radical emulsion copolymerization of ethylene was then studied. The investigated comonomers were styrene, butyl acrylate, methyl methacrylate and vinyl acetate. They differ in their reactivity ratios to ethylene and their water solubility. The composition of the obtained copolymers had a strong influence on their thermal properties (Tg, Tm). Stable latexes containing copolymers of various compositions were thus synthesized. This work on homo- and copolymerization evidenced the complexity of the polymerization media involving a gaseous supercritical monomer such as ethylene

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