Yes / Developing medical devices that resist bacterial attachment and subsequent biofilm formation is highly desirable. In this paper, we report the optimization of the molecular structure and thus material properties of a range of (meth)acrylate copolymers which contain monomers reported to deliver bacterial resistance to surfaces. This optimization allows such monomers to be employed within novel coatings to reduce bacterial attachment to silicone urinary catheters. We show that the flexibility of copolymers can be tuned to match that of the silicone catheter substrate, by copolymerizing these polymers with a lower Tg monomer such that it passes the flexing fatigue tests as coatings upon catheters, that the homopolymers failed. Furthermore, the Tg values of the copolymers are shown to be readily estimated by the Fox equation. The bacterial resistance performance of these copolymers were typically found to be better than the neat silicone or a commercial silver containing hydrogel surface, when the monomer feed contained only 25 v% of the “hit” monomer. The method of initiation (either photo or thermal) was shown not to affect the bacterial resistance of the copolymers. Optimized synthesis conditions to ensure that the correct copolymer composition and to prevent the onset of gelation are detailed. / Impact Accelerators Account at the University of Nottingham; Camstent Ltd; The Wellcome Trust (ref 085245 and 103882)

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Reactivity ratios for the homogeneous free radical initiated copolymerization of acrylonitrile and methyl acrylate were measured by NMR on isolated, low conversion copolymers and by real time in situ FTIR. The system utilized azobisisobutyronitrile (AIBN) initiator in dimethyl formamide (DMF) at 62°. The FTIR technique allowed rapid generation of extensive copolymer compositions, which permitted application of nonlinear least squares methodology for the first time to this copolymer system. Thus, reactivity ratios at the 95% confidence level were determined to be 1.29 ± 0.2 and 0.96 ± 0.2 for acrylonitrile and methyl acrylate, respectively. The results are useful for the development of acrylonitrile (<90%) melt processable copolymer fibers and films, which could include precursors for carbon fibers. / Master of Science

L'entreprise Juxta produit des résines pour des revêtements transparents de fortes épaisseurs en polyuréthane. Ces revêtements sont fabriqués à partir de deux produits dangereux : les isocyanates et un catalyseur à base de mercure. Pour protéger ses employés et consommateurs, l'entreprise Juxta a lancé un projet de substitution des isocyanates dans les polyuréthanes. Pour ce faire, trois nouvelles voies de synthèse ont été envisagées :La voie cyclocarbonate/amine est la plus novatrice. Dans un premier temps, la réactivité de cyclocarbonates et d'amines modèles a été étudiée ainsi que l'effet de différents catalyseurs. Les meilleurs catalyseurs sont de la famille des thiourées, urées et guanidines. Puis une voie d'accès à des cyclocarbonates incolores a été mise au point. Enfin, une étude a permis de mettre en évidence que les liaisons hydrogènes étaient responsables du faible avancement de la réaction lors de la synthèse de polyhydroxyuréthanes linéaires.La voie époxy/amine a permis de développer une gamme de matériaux transparents avec des Tg allant de 18 à 47°C. Une étude IR a été réalisée, permettant de mieux appréhender le phénomène de carbonatation de l'amine, récurent lors de la synthèse de résines époxys à température ambiante. L'utilisation de prépolymères aminotéléchéliques permet de contourner ce phénomène.La voie acrylate/amine a permis de développer un matériau transparent de basse Tg, -12°C. L'étude de la réactivité des acrylates avec les amines a été réalisée par DSC et RMN. Des tests de formulation ont été effectués dans le but d'augmenter la Tg / Juxta company produces thick transparent polyurethane coatings. These coatings are made from hazardous compounds, isocyanates and a mercury based catalyst. In order to protect its employees and consumers Juxta company wants to get rid of the isocyanates in its formulations. Therefore, three new synthesis pathways have been considered.The carbonate/amine pathway is the more innovative one. First, the reactivity and catalysis of model cyclocarbonates and amines were studied. The thioureas, ureas and guanidines proved to be very efficient catalyst families for the cyclocarbonate aminolysis. Then a synthesis was developed to obtain transparent cyclocarbonates. To conclude, a study conducted on linear polyurethanes demonstrated that hydrogen bondings are responsible for the low conversions observed with this reaction.Transparent materials with Tg ranging from 18°C to 47°C were synthesized using the epoxy/amine pathway. An IR study was performed to better understand the amine carbonation phenomenon. It is a frequent phenomenon when the epoxy resins are synthesized at room temperature. Aminotelechelic prepolymers can be used to circumvent it.A low Tg (-12°C) transparent material was synthesized using acrylate/amine synthesis. The couple reactivity was studied by DSC and NMR. Then several formulations were performed in order to increase the Tg

For the first time nonwoven fibrous scaffolds were electrospun from a low molar mass gemini ammonium surfactant, N,N–-didodecyl-N,N,N–,N–-tetramethyl-N,N–-ethanediyl-di-ammonium dibromide (12-2-12). Cryogenic transmission electron microscopy (cryo-TEM) and solution rheological experiments revealed micellar morphological transitions of 12-2-12 in water and water:methanol (1:1 vol). Electrospinning efforts of 12-2-12 from water did not produce fibers at any concentration, however, electrospinning 12-2-12 in water:methanol at concentrations greater than 2C* produced, hydrophilic continuous fibers with diameters between 0.9 and 7 μM. Photo-reactive surfactants were synthesized to electrospin robust surfactant membranes. Before electrospinning it was important to fundamentally understand the structure-property relationship of gemini surfactants. The thermal and solution properties were explored for a series of ammonium gemini surfactants using differential scanning calorimetry (DSC), polarized light microscopy (PLM), and conductivity experiments. The Kraft temperature (Tk) was measured in water and water:methanol (1:1 vol) to investigate the influence of solvent on the surfactant solution properties. Other experiments investigate how associated photo-curable architectures are applicable in macromolecular architectures, to gain a fundamental understanding of how hydrogen bonding associations influence the photo-reactivity of functionalized acrylic copolymers. Novel hot melt pressure sensitive adhesives (HMPSAs) were developed from acrylic terpolymers of 2-ethylhexyl acrylate (EHA), 2-hydroxyethyl acrylate (HEA), and methyl acrylate (MA) functionalized with hydrogen bonding and photo-reactive functionalities. The synergy of hydrogen bonding and photo-reactivity resulted in higher peel values and rates of cinnamate photo-reactivity with increasing urethane concentration. Random copolymers of poly(n-butyl acrylate (nBA)-co-2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA)) were functionalized with hydrogen bonding and photo-reactive groups to explore the photo-curing of associated macromolecular architectures. The influence of urethane hydrogen bonding on the photo-reactivity of cinnamate-functionalized acrylics was investigated with photo-rheology and UV-vis spectroscopy. Cinnamate-functionalized samples displayed an increase in modulus with exposure time, and the percentage increase in modulus decreased as the urethane content increased. The synergy of hydrogen bonding and photo-reactive groups resulted in higher rates of cinnamate photo-reactivity with increasing urethane concentration. Electrospun fibers were in situ photo-crosslinked to develop fibrous membranes from cinnamate functionalized low Tg acrylics. Electrospinning was conducted approximately 55 °C above the Tg of the cinnamate acrylate and the electrospun fibers did not retain their fibrous morphology without photo-curing. However, electrospun fibers were collected that retained their fibrous morphology and resisted flow when in situ photo-cured during electrospinning. The intermolecular photo-dimerization of cinnamates resulted in a network formation that prevented the low Tg cinnamate acrylate from flowing. / Ph. D.

Des nouvelles voies de synthèse sont proposées pour la préparation des hydroxyuréthanes et polyhydroxyuréthanes glycériliques, sans isocyanate, à partir de composés biosourcés fournisseurs de groupements cyclocarbonates hautement réactifs vis-à-vis des amines, diamines, polyamines. Les fournisseurs de groupement cyclocarbonate sont le carbonate de glycérol et le nouveau synthoon bifonctionnel l’acrylate de carbonate de glycérol. Des hydroxyuréthanes ou polyhydroxyuréthanes glycéryliques polyoxygénés et polyazotés ont été ainsi élaborés via ces nouveaux intermédiaires cyclocarbonates glycériliques en substitution des carbonates cycliques d’origine fossile comme les carbonates d’alkylènes. La stratégie d’élaboration des polyhydroxyuréthanes glycériliques à haut poids moléculaire s’appuie sur la réactivité séquencée de l’acrylate de carbonate de glycérol : réaction d’Aza-Michaël sur le groupement éthylénique de l’acrylate et réaction d’aminolyse par ouverture de cycles carbonates à 5- chaînons. Selon la nature des polyamines, on prépare des polymères de poids moléculaire supérieur à 40000 g/mol, d’aspects gel, mousse ou résine selon que les pontages linéaires ou interchaînes prédominent. Des réseaux chimiques intramoléculaires sont constitués par l’établissement des liaisons hydrogène entre les sites O-H ou N-H et l’oxygène du groupement carbamoyle du squelette glycérilique avec comme conséquence la réduction de la susceptibilité du groupe carbamoyle à l’hydrolyse et l’amélioration des propriétés de résistance chimique et mécanique des polyhydroxyuréthanes glycériliques. / New synthesis routes have been developed for the preparation of glycerilic hydroxyurethanes and polyhydroxyurethanes without the use of isocyanates. They were prepared from biosourced cyclocarbonates, highly reactive towards amines, diamines and polyamines. The providers of cyclocarbonate function are glycerol carbonate and glycerol acrylate carbonate which is a bifunctional reactive. Glycerilic hydroxyurethanes and polyhydroxyurethanes with high oxygenated and nitrogenated potential were then designed via these new glycerilic cyclocarbonates’ intermediates, substitutes of fossil cyclic carbonates such as ethylene or propylene carbonates. The strategy development of high molecular weights glycerilic polyhydroxyurethanes is based on the sequenced reactivity of the glycerol acrylate carbonate: Aza-Michaël reaction on the ethylenic function of the acrylate and aminolysis reaction of the 5-membered cyclic carbonate function. According to the nature of the amine, polyhydroxyurethanes up to 40,000 g/mol were obtained. They can be obtained as foams, gels, resins, depending on the predominance of linear or cross-linked bridges. Intramolecular chemical networks were elaborated by hydrogen bonding between O-H or N-H sites with the oxygen atom of the carbamoyl function of the glycerilic skeleton. That is the reason why carbamoyle functions are less susceptible to hydrolysis and why the chemical and mechanical resistance properties of the glycerilic polyhydroxyurethanes are increased.

Dans ce travail, nous avons souhaité étudier l'impact de la structure sur les propriétés adhésives enexplorant différentes architectures dont des étoiles à trois branches de longueur importante, elles-mêmesramifiées par des branches longues, synthétisées en plusieurs étapes par polymérisation radicalaire contrôlée.Nous avons également étudié des polymères linéaires et des copolymères à bloc. Ils sont en particulier constituésde poly(acrylate de n-butyle) naturellement collant à température ambiante, permettant ainsi une étude despropriétés adhésives sans formulation. Toutefois, la masse molaire entre enchevêtrements élevée du PnBA s'estavérée être un frein car les techniques de polymérisation choisies n’ont pas permis la synthèse de massesmolaires suffisamment élevées pour obtenir le comportement typique d'une étoile possédant les niveaux decomplaisance visés. Etant donné qu'une grande part de l'énergie dissipée lors du décollement est due à laformation et à l'extension d'une structure fibrillaire, nous avons proposé d'explorer les propriétés rhéologiquesdans le domaine linéaire mais également aux grandes déformations par des tests d'élongation. Par ailleurs, destests de tack avec une visualisation par caméra rapide des phénomènes ayant lieu au sein des échantillons durantle décollement ont été mis en place. Nous avons confronté les propriétés rhéologiques et les performancesadhésives pour toutes les structures analysées. Des mélanges de polymères linéaires avec une très haute massemolaire peuvent présenter du rhéodurcissement, et nous avons confirmé que les conditions d'apparition sontlimitées si la polymolécularité devient trop importante. Pour les polymères en étoile, nous avons plusparticulièrement analysé l’importance de la complaisance d’équilibre sur les performances adhésives. Lescopolymères à bloc présentant une tenue suffisante pour être analysés en élongation ont montré un fortrhéodurcissement, mais une propagation de fissure interfaciale lors des tests de tack, par manque dedéformabilité, empêchant de bénéficier de l'apport du rhéodurcissement. / In this work, we studied the effect of polymer structure on adhesive properties exploring variousarchitectures including stars having three very long arms and branched themselves, synthesized with severalsteps by controlled radical polymerization. We also studied linear polymers and block copolymers. They havebeen made with poly(n-butyl acrylate) naturally sticky at room temperature, allowing to work withoutformulation. However, high molecular weight between entanglements of PnBA has shown to be a brake becausechosen polymerization techniques did not allow the synthesis of sufficient high molecular weights to obtaintypical behavior of star having targeted compliance levels. Considering that a large part of the energy dissipatedduring debonding is due to the formation and extension of a fibrillar structure, we proposed to explore linearrheological properties but also at large strains with elongational tests. Furthermore, tack tests with high-speedcamera display of phenomena occurring within samples during debonding have been set up. We comparedrheological properties with adhesive performances for all analyzed structures. Linear polymers blended with veryhigh molecular weight could exhibit strain hardening, and we confirmed that appearance conditions are limitedwith polydispersity. For star-shaped polymers, we particularly analyzed the impact of the compliance on adhesiveperformances. Block copolymers having a sufficient holding to be analyzed in elongation have shown a strongstrain hardening, but propagation of interfacial fracture during tack tests, because of a deformability lack,preventing the strain hardening benefit.

Des revêtements multicouche anticorrosion, ou peintures anticorrosion, sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles telles que la protection d’emballages métalliques utilisés pour le transport ou l’entreposage de matériaux radioactifs. En conditions d’usage, les propriétés fonctionnelles de ces peintures peuvent être dégradées sous l’effet de la température et des conditions environnementales (lumière, dioxygène, humidité, …). Ces évolutions ont été attribuées au vieillissement des différentes couches de peinture constituant le revêtement anticorrosion (vernis de structure acrylique-siloxane, sous couches de type résine époxydique à durcisseur amine). Afin de mener à bien cette étude, une approche dite « multi-échelle ascendante » a été développée. Cette méthodologie, initialement focalisée sur la modification des propriétés physico-chimiques des polymères vierges constituant chaque couche du revêtement (depuis l’évolution de la structure chimique et de l’architecture macromoléculaire, vers les propriétés fonctionnelles), est ensuite progressivement complexifiée par l’ajout d’additifs à la formulation des peintures (pigments, particules barrières à l’oxydation ou anticorrosion, …) avant que le revêtement multicouche complet ne soit analysé dans son ensemble. Ce travail de thèse vise à identifier et à corréler les modifications de la structure chimique et de l’architecture macromoléculaire des différentes couches de peinture responsables de la modification des propriétés fonctionnelles du revêtement anticorrosion. / Anti-corrosive multilayer coatings, or anti-corrosive paints, are used in several industrial applications such as metallic package protection used for transportation or storage of radioactive materials. In working conditions, functional properties of these paints could be degraded under the influence heat or environmental conditions (light, oxygen, moisture …). Such evolutions had been attributed to the aging of the different paint layers that constituted the anticorrosive coating (acrylic-siloxane topcoat, epoxy resin with amine hardener undercoats). In order to properly carry out this study, a « bottom-up multiscale approach » has been developed. This methodology, initially focused on the physico-chemical modifications of neat polymers that constituted each layer of the coating (from chemical structure and macromolecular architecture evolutions to functional properties), is then complexified by adding filers to the paint formulations (pigments, barrier or anti-corrosive particles …). The complete multilayer coating analyses are the last steps of that methodology. The aim of this thesis is to identify and correlate the evolution of anti-corrosive multilayer coating functional properties to the chemical and architectural modifications in each different layer.

UV- und lichthärtenden Acrylatklebstoffen steht ein breites Anwendungsspektrum im Konstruktiven Glasbau offen. Ihr farbloses und klares Erscheinungsbild fördert eine Konstruktion, die transparent und leicht wirken soll. Kurze Aushärtezeiten, die sich im Sekunden- oder einstelligen Minutenbereich bewegen, ermöglichen eine schnelle Herstellung und reduzieren die Lagerzeiten. Die geklebten Konstruktionen können direkt weiterverarbeitet werden. Durch diese Vorteile heben sie sich von den Silikonklebstoffen ab, die für ausge-wählte Anwendungen im Fassadenbau (Structural-Sealant-Glazing-Systems - SSGS) bauaufsichtlich zugelassen sind. Gegenstand dieser Arbeit ist die Aufstellung von Empfehlungen zur Planung und Berechnung struktureller Klebungen mit strahlungshärtenden Acrylaten. Dafür werden Klebstoffe an dem reinen Material sowie in Verbindungen mit Glas und Metall untersucht. Für ein umfangreiches Bild über das Verhalten des Materials bieten sich Substanzprüfkörper an, die mit überschaubarem Aufwand eine Auswertung verschiedener Einflüsse - beispielsweise Temperatur und Prüfgeschwindigkeit - erlauben. An in-situ-Prüfkörpern kann der Klebstoff in der Verbindung betrachtet werden. Durch Wechselwirkungen zwischen Klebstoff und Fügeteil bildet sich eine sogenannte Grenzschicht aus, die gradierte Eigenschaften besitzt und die Materialkennwerte - besonders bei dünnen Klebfugen - beeinflusst. Weiterhin erlauben diese Prüfkörper eine Aussage über das Tragverhalten der Klebverbindung. Um das Potenzial der Acrylatklebungen in der Glasarchitektur aufzuzeigen und in der Anwendung zu prüfen, werden Bauteile mit punktförmig geklebten Halterungen untersucht. Absturzsicherungen werden statischen und dynamischen Belastungen unterworfen. An Überkopfverglasungen werden Trag- und Resttragfähigkeitsuntersuchungen durchgeführt. Bauteile im Freien geben Aufschluss über das Alterungsverhalten unter natürlichen klimatischen Bedingungen. / UV and light curing acrylates present a whole host of possibilities for the implementation of glass construction. Their clear and colourless appearance produces a transparent and lightweight construction. Short curing times consisting of no more than mere minutes allow for quick production with minimal downtime within the overall process. Processing can be resumed immediately once bonding has occurred. The advantages of acrylates can be compared to the characteristics and properties of adhesive silicones which have been widely approved by building authorities for specific façade applications (Structural-Sealant-Glazing-Systems - SSGS). The subject matter of this study is the development of auxiliary tools to plan and design adhesively bonded joints of UV and light curing acrylates. These adhesives are, therefore, analysed both generally as bulk material and in applications as a joint between glass and metal. The use of dog bone shaped specimens is recommended to analyze the material behaviour under a variety of influence factors such as temperature and testing rate. The bonded joints of test specimens provide an opportunity to examine the interaction between the adhesive and the materials to which they are adhered. An interface with graded properties is formed based upon the interactions between adhesive joints and each particular substrate. Further on, bonded specimens enable the development of a statement concerning the load-bearing capacity of joints. Constructions having spot bonded joints are tested to demonstrate the potential use of acrylic joints in architectural glass treatments. Safety barriers are tested under both static and dynamic loads. Sloped roof systems are tested to substantiate load-bearing capacity and to verify any residual carrying capacity. Components are exposed to natural weathering in order to examine the affects of ageing on the adhesive.