CO2-based synthons, from the synthesis to the elaboration of low carbon footprint polycarbonates - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

CO2-based synthons, from the synthesis to the elaboration of low carbon footprint polycarbonates

Synthons CO2 sourcés, de la synthèse à l'élaboration de polycarbonates à faible empreinte carbone

Résumé

This research project falls within the framework of CO2 valorization for the development of new monomers and CO2-based polymers (chemical fixation of CO2). Specifically, this project targets the study of the coupling of alcohols and CO2 for the fabrication of low carbon footprint carbonates and polycarbonates. This thesis work revolves around two main stages. The first step is to propose a mechanistic study on the synthesis of (a)cyclic carbonates from alcohols and CO2 in mild conditions (low temperature and pressure). Using kinetic monitoring by in-situ ATR-IR spectroscopy supported by molecular modelling (DFT calculations), a careful comparison of dual organic systems, used as activators of these thermodynamically unfavorable reactions, and their performances on the synthesis of (a)cyclic carbonates is described in details . In particular, reaction mechanisms are identified to better understand the differences observed in reactivity and selectivity. In the second step, the development of CO2- and bio-sourced polycarbonates is studied, especially for the synthesis of isosorbide polycarbonates as promising materials with properties similar to conventional petroleum-based polycarbonates. The direct coupling between isosorbide and CO2 is first studied by varying the experimental conditions. Since this direct copolymerization is very difficult due to the thermodynamic limitations encountered during the alcohol / CO2 coupling, a strategy for synthesizing new monomers from bio-based alcohols and CO2 is then proposed. This new platform of molecules then allows for the synthesis of polycarbonates with tunable chemical structures by melt polycondensation. In this context, an in-depth study of the reactivity of these monomers for obtaining (co)polycarbonates is carried out as well as the physico-chemical characterisations of the synthesized materials.
Ce projet de recherche s’inscrit dans un cadre de valorisation du CO2 pour l’élaboration de nouveaux monomères et polymères CO2-sourcés (fixation chimique du CO2). Plus précisément, ce projet cible l’étude du couplage d’alcools et de CO2 dans le but d’obtenir des carbonates et polycarbonates à faible empreinte carbone. Le travail de thèse s’articule autour de deux étapes principales. Dans un premier temps, il s’agit de proposer une étude mécanistique sur la synthèse de carbonates (a)cycliques au départ d’alcools et de CO2 dans des conditions douces (faible température et pression). À l’aide de suivis cinétiques par spectroscopie ATR-IR in-situ supportés par la modélisation moléculaire (calculs DFT), une comparaison de la performance de systèmes organiques duaux utilisés comme activateurs de ces réactions thermodynamiquement défavorables est décrite en détail. Notamment, les mécanismes réactionnels sont identifiés afin de comprendre les différentes réactivités et sélectivités observées. Dans un second temps, l’élaboration de polycarbonates CO2- et bio-sourcés est étudiée, notamment pour la synthèse de polycarbonates d’isosorbide comme matériaux prometteurs aux propriétés analogues aux polycarbonates pétrosourcés conventionnels. Le couplage direct entre l’isosorbide et le CO2 est tout d’abord étudié en faisant varier les conditions expérimentales. Cette copolymérisation directe étant très difficile due aux limitations thermodynamiques du couplage alcool/CO2, une stratégie de synthèse de nouveaux monomères au départ d’alcools biosourcés et de CO2 est alors proposée. Cette nouvelle plateforme de molécules permet ainsi la synthèse de polycarbonates aux structures moléculaires diversifiées par des procédés de polycondensation à l’état fondu. Une étude approfondie de la réactivité de ces monomères pour l’obtention de (co)polycarbonates est réalisée ainsi que la caractérisation physico-chimique des matériaux obtenus.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03360228 , version 1 (30-09-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03360228 , version 1

Citer

Antoine Brege. CO2-based synthons, from the synthesis to the elaboration of low carbon footprint polycarbonates. Polymers. Université de Bordeaux; Université de Liège, 2021. English. ⟨NNT : 2021BORD0177⟩. ⟨tel-03360228⟩
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