Development of photoinitiating systems based on NHC-boranes for visible lightinduced emulsion and dispersion polymerization - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Development of photoinitiating systems based on NHC-boranes for visible lightinduced emulsion and dispersion polymerization

Utilisation de systèmes photoamorceurs impliquant des NHC-boranes pour la photopolymérisation en émulsion et en dispersion sous lumière visible

Résumé

Photoinduced polymerization in dispersed media has been reported for the first time in the 1980s, while polymerization in dispersed media has found wide industrial applications for more than a century, allowing the production of various kinds of polymer colloids. Synthetic latexes are used in numerous fields such as coatings, paints, and adhesives. The studies on photoinduced polymerization in dispersed media remain rare, and only few monomers such as methyl methacrylate and styrene have been investigated. However, photopolymerizations are attractive, since they are triggered by light, and as such subject to external temporal and spatial control. Efficient strategies must thus be developed to combine the advantages of photopolymerization with those of polymerization in dispersed media. We have recently reported a new water-soluble photoinitiating system (PIS) capable of absorbing visible light at room temperature. It consists of a dye, a disulfide compound and a N-heterocyclic carbene borane. Compared to UV light sources, visible-light LEDs produce photons with longer wavelengths. The photons in the visible range are less subject than UV photons to the scattering effects induced by the presence of the particles, thus enabling a better light penetration. Our PIS has been shown to initiate the emulsion photo-polymerization of styrene and (meth)acrylic monomers. The obtained final latexes are highly stable, with particle sizes ranging from 50 to 300 nm and solids content up to 30%. The different species of the PIS were however shown to partition between the different phases of the system (water, monomer droplets and particles), resulting in some cases in broad particle size distributions. In this work, we discuss new options that can lead not only to monodisperse but also larger particles. The introduction of a new more water-soluble PIS led to a substantial improvement of the size dispersity. Moreover, to push the boundaries of light penetration, the synthesis of both polymer particles and hybrid cerium dioxide–polymer latex particles was investigated in dispersion photopolymerization, where the mixture is initially totally homogeneous
La photopolymérisation en milieux dispersés a été reportée pour la première fois dans les années 1980, les procédés de synthèse de latex occupent depuis des décennies une place importante dans le secteur de l’industrie, permettant la production de divers types de dispersions colloïdales de polymère. Les latex synthétiques sont utilisés dans de nombreux domaines tels que les revêtements, les peintures et les adhésifs, popularité qui s’explique par la vaste gamme de produits accessibles, en termes de taille, de composition, de morphologie et de fonctionnalité des particules. Les études sur la photopolymérisation en milieux dispersés restent rares et seuls quelques travaux sur des monomères tels que le méthacrylate de méthyle et le styrène ont été reportés jusqu’ici. Toutefois, les photopolymérisations sont attrayantes car elles sont déclenchées par la lumière, et permet donc un contrôle externe des polymérisations, du point de vue spatial comme temporel. Des stratégies doivent donc être mises en place pour combiner les avantages de la photopolymérisation avec ceux de la polymérisation en milieux dispersés. Nous avons récemment développé un nouveau système photoamorceur hydrosoluble capable d’absorber la lumière visible à température ambiante. Il se compose d'un colorant, d'une espèce disulfure et d'un carbène N-hétérocyclique-borane. Par rapport aux sources de lumière UV, l’utilisation de LED en tant que source de lumière visible produit des photons ayant des longueurs d’onde plus longue. Les photons dans le domaine du visible sont moins soumis par rapport aux photons UV aux effets de diffusion induits par la présence de particules, permettant ainsi une meilleure pénétration de la lumière. Il a été démontré que notre système photoamorceur était ainsi capable d'amorcer la photopolymérisation en émulsion de monomères acryliques et du styrène. Les latex finaux obtenus sont très stables, avec des diamètres de particules compris entre 50 et 300 nm et avec des taux de solides allant jusqu'à 30%. Cependant, nous avons montré que les différentes espèces du PIS pouvaient se partager entre la phase monomère et la phase aqueuse, entraînant dans certains cas de larges distributions de tailles des particules. Dans cette étude, nous discutons de nouvelles options pouvant conduire non seulement à des particules monodisperses, mais également à des particules plus grosses. L’étude d’un nouveau système photoamorceur plus hydrosoluble a conduit à une nette amélioration des distributions de tailles des particules. De plus, dans le but de repousser les limites de la pénétration de la lumière dans le milieu réactionnel, nous avons synthétisé des latex et des latex hybrides en présence de nanoparticules d’oxyde de cérium par un procédé de photopolymérisation en dispersion en milieu hydroalcoolique, pour lequel le mélange est initialement homogène
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03506296 , version 1 (02-01-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03506296 , version 1

Citer

Rémi Canterel. Development of photoinitiating systems based on NHC-boranes for visible lightinduced emulsion and dispersion polymerization. Polymers. Université de Lyon, 2020. English. ⟨NNT : 2020LYSE1311⟩. ⟨tel-03506296⟩
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