(Co)polymères fonctionnels comme stabilisants d

Report
(Co)polymères fonctionnels comme
stabilisants d’émulsions
Julien PINAUD
Equipe « Ingénierie et Architectures Macromoléculaires »
[email protected]
UMR 5253 - CNRS, UM2, ENSCM, UM1
Agrégats, Interfaces, Matériaux pour l’Energie
AIME Responsable Deborah Jones
Architectures Moléculaires et Matériaux Nanostructurés
AM2N Responsable Jean Marc Campagne
Chimie Moléculaire et Organisation du Solide
CMOS Responsable Hubert Mutin
9 teams
Chimie Théorique, Méthodologies et Modélisations
CTMM Responsable Eric Clot
Ingénierie et Architectures Macromoléculaires
IAM Responsable Jean Jacques Robin
Matériaux Avancés pour la Catalyse et la Santé
MACS Responsable Francesco Di Renzo
Chimie et Cristallochimie des Matériaux
C2M Responsable Philippe Papet
Chalcogénures et Verres
ChV Responsable Annie Pradel
Dynamique & Adsorption dans les Matériaux Poreux
DAMP Responsable Guillaume Maurin
Ingénierie et Architectures Macromoléculaires
Prof. Jean-Jacques ROBIN
24 permanents: 16 Chercheurs (3 PR, 9 MCF, 2 DR, 2 CR),
8 Ingénieurs et techniciens ITA-IATOS (1 IR, 3 IE; 4 AdJ. Admin. Techn.)
39 non-permanent : 24 Doctorants, 11 Post docs, 4 intermittents
Thème 1
Thème 2
Thème 3
Thème 4
Polymérisations
contrôlées
Polymères à base
d’hétéroatomes
Polymères, milieux non
conventionnels et
procédés propres
Polymères et composites à
base de ressources
renouvellables
Animateurs:
P. Lacroix-Desmazes
S. Monge
Animateurs:
B. Ameduri
G. David
Animateurs:
P. Lacroix-Desmazes
A. Mas
Animateurs:
S. Caillol
J-P. Habas
Radicalaire
Ionique
Ouverture de cycle
Fluor
Phosphore
Silicium
H2O, CO2sc, UV, plasma
Lipids, Proteins, Polyphenols,
Polysaccharides
B. Ameduri, B. Boutevin,
G. David, O. Giani,
P. Lacroix-Desmazes, V. Ladmiral,
V. Lapinte, J. Pinaud, S. Monge
B. Ameduri, B. Boutevin,
G. David, V. Ladmiral, A. Manseri,
S. Monge, C. Negrell
C. Bouilhac, J. Couve,
C. Joly-Duhamel,
P. Lacroix-Desmazes, A. Manseri,
A. Mas, J. Pinaud, J. J. Robin
R. Auvergne, C. Bouilhac,
B. Boutevin, S. Caillol, O. Giani,
J. P. Habas, V. Lapinte
Polymères
International
Polymer Colloid
Group
Club Emulsion
Eau
Solvants
alternatifs
Milieux non
conventionnels
Procédés
Propres
Plasma
Polymères
CO2
Innovation Fluides
Supercritiques
Sans solvant
PolyRay
Amont = Synthèses
Photopolymé
risation
Aval = Applications
 Production de
polymères
 Conception/utilisation de
polymères comme additifs
par des procédés propres
pour développer des procédés propres
(encapsulation, fonctionnalisation, extraction,
élaboration de matériaux structurés)
© 2012 P. Lacroix-Desmazes
Cas du milieu aqueux
Synthèse de latex polymères
Synthèse de (co)polymères amphiphiles
Tensioactif
Copolymère à blocs
Tête polaire Queue hydrophobe
Eau
Monomère
Emulsion (directe)
Gouttelettes d’un
composés hydrophobe
dispersées dans de l’eau
+
Copolymère statistique
et auto-assemblage dans l’eau
Eau
Polymérisation
Micelle
Latex polymère
Encapsulation de
composés hydrophobes
Gélification
Micelle
cylindrique
Vésicule
Encapsulation de
composés hydrophiles
Avantages des (co)polymères / tensioactifs:
• Concentration Micellaire Critique 1000 fois plus faible (10-6-10-7 mol.L-1)
Concentration micellaire critique (CMC)
CMC
• Moins dangereux pour l’environnement (rentrent pas dans le noyau des cellules)
• Auto-assemblage en solution contrôlé par la longueur des blocs
• Possibilité de fonctionnalisation (captage de métaux, barrière UV, …)
• Réponse à un stimulus possible (température, pH, CO2, …)
Exemples au travers de travaux réalisés dans l’équipe IAM
RITP pour copolymères à blocs amphiphiles
(P. Lacroix-Desmazes)
Synthèse de trois catégories de copolymères amphiphiles
copolymère amphiphile cationique
copolymère amphiphile non-ionique
PS-b-P(MOx)
PS-b-PCMS+
Combinaison
avec d’autres
techniques de
polymérisation
250
Intensité brute (unités arbitraires)
CACDDL= 0.030 g.L-1
PS-I
(RITP)
Reprise de la
polymérisation
radicalaire
200
copolymère amphiphile anionique
150
CROP
ITP
100
50
0
0.0001
0.001
0.01
C (g.L-1)
0.1
1
PS-b-PAA-
© 2013 P. Lacroix-Desmazes
Copolymères à base de phosphore
(Sophie Monge-darcos)
Copolymères sensibles au pH et à la température
pour l’élimination d’ions métalliques présents dans les effluents aqueux
Solution interne:
Solution aqueuse de copolymère
Tube de dialyse
MWCO = 2000 Da
NnPAAm
Solution externe
Nickel à 20 mg/L
MAPC1
Influence de la T°C
Sites accessibles
Sites moins accessibles
Influence du pH
T (°C)
Copolymères à base de phosphore
(Sophie Monge-darcos)
Formation de micelles de complexes ioniques
à partir de copolymères à blocs hydrophiles
Micelles de complexes polyioniques (CPI)
Synthèse de matériaux mésoporeux
Collaboration avec Corine Gérardin (MACS-ICGM)
+ Si(OEt)4
Micelles CPI
+
-
1) pH = 2
2) pH = 5
+
+
Tetraethyl orthosilicate
(TEOS)
3) 70 °C
Matériau mésoporeux
+
pH = 4
+
PEO5K-b-PDMAEMA2.5K
hPMAPC14k-b-P(PEGMA)20K
-
+
+
-
Matériau
hybride
- - - - - - - - - -+ + +
- -+ +- + - - - + - - - - - - -+ -+ +- +- + + - + + - - - - - + -+ - - - - - - - - - +
+
- - - +
- - -+- - - - - - - -+- - - +-- - - -+- +- - - + -+ - - - +- - - +- + - - - - - - -
-
- - - - - - - - - -+ + +
- -+ +- + - - - + - - - - - - -+ -+ +- +- + + - + + - - - - - + -+ - - - - - - - - - +
+
- - - +
- - -+- - - - - - - -+- - - +-- - - -+- +- - - + -+ - - - +- - - +- + - - - - - - -
- - - - - - - - + -+ + - -+ +- + - - - + - - - - - - -+ -+ +- +- + + - + + - - - - - + -+ - - - - - - - - - +
+
- - - +
- - -+- - - - - - - -+- - - +-- - - -+- +- - - + -+ - - - +- - - +- + - - - - - - -
- - - - - - - - + -+ + - -+ +- + - - - + - - - - - - -+ -+ +- +- + + - + + - - - - - + -+ - - - - - - - - - +
+
- - - +
- - -+- - - - - - - -+- - - +-- - - -+- +- - - + -+ - - - +- - - +- + - - - - - - -
-
- - - - - - - - + -+ + - -+ +- + - - - + - - - - - - -+ -+ +- +- + + - + + - - - - - + -+ - - - - - - - - - +
+
- - - +
- - -+- - - - - - - -+- - - +-- - - -+- +- - - + -+ - - - +- - - +- + - - - - - - -
-
- - - - - - - - - -+ + +
- -+ +- + - - - + - - - - - - -+ -+ +- +- + + - + + - - - - - + -+ - - - - - - - - - +
+
- - - +
- - -+- - - - - - - -+- - - +-- - - -+- +- - - + -+ - - - +- - - +- + - - - - - - -
calcination
-
- - - - - - - - - -+ + +
- -+ +- + - - - + - - - - - - -+ -+ +- +- + + - + + - - - - - + -+ - - - - - - - - - +
+
- - - +
- - -+- - - - - - - -+- - - +-- - - -+- +- - - + -+ - - - +- - - +- + - - - - - - -
9
Autres copolymères à blocs hydrophiles
(Patrick Lacroix-Desmazes)
Formation de micelles pour la nanostructuration de silice
(Collaboration avec Corine Gérardin MACS-ICGM)
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© 2012 P. Lacroix-Desmazes
Autres copolymères à blocs hydrophiles
(Patrick Lacroix-Desmazes)
Formation de micelles pour la nanostructuration de silice
(Collaboration avec Corine Gérardin MACS-ICGM)
Stimulus = pH
Stimulus = Température
PEO5000-b-PAA1580 / chitosan
Dh PEO-b-PAA/chitosane micelle
Diamètre
PEO(113)-b-PAA(33) seul
Dh(nm)
PEO-b-PAA
Diamètre (nm) PEO(113)-b-PAA(33)/chitosan
Light Scattered
intensity
Intensité diffusée
800
30
25
600
20
500
400
15
300
10
200
PEO-b-poly(N-isopropyl acrylamide)
PEO-b-PNIPAM
T > LCST
5
100
0
ètre (nm )
DhD iam
(nm)
I (kcts/s)
Intensité
diffusée
700
T > LCST
2
4
6
pH
COOH
-
COO-
+ +
NH3+
+
8
10
12
0
- NH2
11
© 2012 P. Lacroix-Desmazes
Copolymères avec un bloc poly(oxazoline)
(Vincent Lapinte)
Poly(oxazoline): •Biocompatible
•Hydrophile
•Fonctionnalisable
2-methyl-2-oxazoline
Pox Hydrophile
Si R = chaîne grasse  composé amphiphile
Chaines en C12 ou 18
(similaire au Brij)
Huile de ricin
Huile de pépins de raisins
Self –assembly
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Copolymères avec un bloc poly(oxazoline)
(Vincent Lapinte)
Chaines en C12 ou 18
•
Micelles sphériques,
stables de l’ordre de 8 nm
•
Tensioactif peu moussant
•
Caractère émulsionnant
marqué
•
Faible pouvoir irritant
(inférieur aux Brij
commerciaux)
Huile de pépins de raisins
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Autres « fonctions » possibles
(ici avec des latex polymères)
Réponse au CO2: (Julien Pinaud)
Air 30 min, 40oC
i) Filtration
i) Eau, CO2
ii) séchage
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Autres « fonctions » possibles
(ici avec des latex polymères)
Encapsulation de particules d’oxydes métalliques: (P. Lacroix-Desmazes)
But: formation d’un film homogène et transparent comportant des particules absorbant les UVs
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© 2013 P. Lacroix-Desmazes
Conclusion et perspectives
Un choix de monomères varié pour des polymères à propriétés visées
Capteur de métaux
Sensible au pH
Sensible à la température
Sensible au CO2
Biosourcé
Biocompatible
Self –assembly
Dh = 8
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Conclusion et perspectives
De nombreuses combinaisons possibles pour l’avancée de l’agriculture
Eau
?
N’hésitez pas à nous contacter:
• [email protected]  RITP + latex
•[email protected]  Phosphore
•[email protected]  Biosourcé + polyoxazoline
•[email protected]  CO2 + polyesters
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