Dans cette étude, nous avons réalisé des matériaux nanostructurés à partir de copolymères méthacryliques greffés par du polyamide 6. Le greffage s'effectue par mélangeage réactif en faisant réagir la terminaison amine du polyamide sur des fonctions réactives du squelette méthacrylique. En étudiant différentes architectures de squelette, nous avons remarqué que la distribution des sites réactifs jouait un rôle important. Dans le but de comprendre cet effet sur la structuration et les propriétés mécaniques de ces matériaux, nous avons synthétisé des copolymères modèles de méthacrylate de butyle par polymérisation radicalaire contrôlée (méthode ATRP). Pour bien contrôler l'architecture de ces copolymères, nous avons développé un système de suivi de la polymérisation, par spectroscopie en proche infrarouge, nous permettant de connaître en temps réel la longueur des chaînes formées. Nous avons ainsi obtenu une variété de copolymères bien contrôlés (masses molaires voisines, polymolécularités faibles) dont les sites réactifs (acide méthacrylique) sont répartis statistiquement sur toute la chaîne (architecture monobloc), sur une partie de la chaîne (dibloc) ou sur les deux extrémités de la chaîne (tribloc). Le greffage du polyamide sur ces squelettes a ensuite été réalisé à l'état fondu en extrudeuse, et nous avons étudié la structuration par microscopie électronique (TEM), les propriétés mécaniques par analyse dynamique (DMA), la cristallisation par analyse enthalpique différentielle (DSC) ainsi que la résistance aux solvants de ces matériaux. Tout d'abord, l'efficacité de greffage du polyamide sur les squelettes méthacryliques est très élevée (jusqu'à 90%) et augmente avec la densité de sites réactifs. Ensuite, la distribution des sites réactifs, donc des greffons polyamide, influence fortement la structuration des mélanges et leurs propriétés. Nous avons pu définir le type de squelette à utiliser pour obtenir une morphologie donnée. Finalement, les résultats de cette étude ont été utilisés pour réaliser des matériaux nanostructurés à partir de squelettes triblocs élastomériques PMMA-b-PABu-b-PMMA et PS-b-PABu-b-PS. Nous avons ainsi obtenu des élastomères thermoplastiques hautes performances transparents, résistants aux solvants et avec une tenue mécanique dépassant les 200°C.

Maîtriser la biocontamination surfacique et les risques susceptibles d'y être associés demeure un challenge majeur. Cette maîtrise passe par la préparation de nouveaux matériaux polymères possédant des propriétés de surface adaptées. Dans cette optique le LCOM développe depuis quelques années une thématique consistant à mettre au point des méthodes de modifications de surfaces de matériaux polymères par greffage de biomolecules. [ ] [ ] [ ] Dans ce contexte, l'objectif de cette étude est de fonctionnaliser des films polymères de type poly (téréphtalate d'éthylène) (PET) avec des dérivés sucrés et/ou polysaccharides dans le but d'étudier le caractère bactériostatique, biocide et pro ou anti-adhésion. [ ] La préparation des matériaux se fait en plusieurs étapes :Etape 1 : Fonctionnalisation de surfaces polymères (films) par traitement plasma N2/H2 et NH3 pour introduire à la surface des fonctions amines. Cette technique modifie la surface sans changer les propriétés intrinsèques des matériaux.Etape 2 : Greffage d'un amorceur de polymérisation radicalaire par transfert d'atome (ATRP)Etape 3 : Polymérisation en surface d'un monomère sucré par ATRP (contrôle de la longueur des chaînes greffées). La mise au point des paramètres de polymérisation ATRP de ces monomères est d'abord menée en solution avant d'étudier la polymérisation en surface.Etape 4 : Etudes microbiologiques des surfaces modifiées.Après chaque étape de modification de surface, les matériaux sont caractérisés par différentes méthodes d'analyses telles que : la spectroscopie de photoélectrons X (XPS), la microscopie à force atomique, la chromatographie d'exclusion stérique. Des glycopolymères protégés et déprotégés issus du galactose et de la glucosamine ont été synthétisés. Ceux issus de la glucosamine ont été synthétisés afin de mimer les propriétés antibactériennes du chitosane. Le glycomonomère issu du galactose est polymérisé par ATRP par voie " grafting from " sur des surfaces de PET. Ces surfaces modifiées présentent des propriétés anti-adhésives intéressantes contre les bactéries du type Bacillus subtilis. En effet, après greffage du glycomonomère déprotégé, il n' ya plus d'adhésion de bactéries. Des polymères contenant des fonctions ammonium quaternaire et fluor ont aussi été greffés avec succès sur les films de PET par la même méthode.

Amphiphilic polymers are a class of polymers that self-assemble into different types of microstructure, depending on the solvent environment and external stimuli. Self assembly structures can exist in many different forms, such as spherical micelles, rod-like micelles, bi-layers, vesicles, bi-continuous structure etc. Most biological systems are basically comprised of many of these organised structures arranged in an intelligent manner, which impart functions and life to the system. We have adopted the atom transfer radical polymerization (ATRP) technique to synthesize various types of block copolymer systems that self-assemble into different microstructure when subject to an external stimuli, such as pH or temperature. The systems that we have studied are: (1) pH responsive fullerene (C60) containing poly(methacrylic acid) (PMAA-b-C60); (2) pH and temperature responsive fullerene containing poly[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate] (C₆₀-b-PDMAEMA); (3) other responsive water-soluble fullerene systems. By varying temperature, pH and salt concentration, different types microstructure can be produced. In the presence of inorganic salts, fractal patterns at nano- to microscopic dimension were observed for negatively charged PMAA-b-C60, while such structure was not observed for positively charged PDMAEMA-b-C60. We demonstrated that negatively charged fullerene containing polymeric systems can serve as excellent nano-templates for the controlled growth of inorganic crystals at the nano- to micrometer length scale and the possible mechanism was proposed. The physical properties and the characteristics of their self-assembly properties will be discussed, and their implications to chemical and biomedical applications will be highlighted. / Singapore-MIT Alliance (SMA)

This thesis focuses on the development of new stationary phases for use in hydrophilic interaction liquid chromatography using TRIS-based and phosphorylcholine typed monomers and porous silica particles as starting substrates. In this thesis, several ways of polymerizing highly hydrophilic mono­mers onto pore surfaces of silica supports are described, based on several “grafting from” schemes. “Controlled/living” radical polymerizations including atom transfer radical polymerization (ATRP) and iniferter-mediated polymerization in conjunction with conventional free radical polymerization are demonstrated to be successful tools for grafting different hydrophilic monomers (polyhydroxyl and phosphorylcholine [meth]acrylamide/acrylates) onto the silica surfaces. Reaction solvents are proven to play an essential role to achieve efficient graft polymerization of activated silica surfaces with these amphiphilic vinylic monomers, which is difficult because of their restricted access to the activated surface in solvents that can be used because of solubility constraints. Two tentacle TRIS-based polymer grafted silica, namely TRIS-WAX – TRIS functionality bonded to silica via a C–N–C imine bond and TRIS-Amide – TRIS bonded to silica via an amide bond, prove to be useful as stationary phases for hydrophilic interaction chromatography (HILIC).The TRIS-WAX exhibits a mixed mode hydrophilic partitioning and weak anion exchange (HILIC/WAX) retention mechanism while retention by hydrophilic partitioning is the dominant mechanism on the neutral TRIS-Amide phase which lacks weak anion exchange (WAX) properties. Interestingly, both these phases have selectivities that are radically different from most commercial HILIC stationary phases. Finally, a method is demonstrated for synthesizing a stratified (graft-copolymerized) silica material based on N,N′-methylenebisacrylamide and 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC) using a “controlled/living” photoiniferter-mediated polymerization from the N,N-diethyldithiocarbamate iniferter moiety immobilized silica surfaces. This polymerization method proves to be successful for graft-blockcopolymerization of different highly hydrophilic monomers onto the activated surfaces of porous silica. In this way, silica surfaces are grafted with a cross-linked amide-based hydrogel, on top of which a tentacle zwitterionic phosphorylcholine-typed layer is synthesized. The resulted material proves to be useful for HILIC separations and possesses different selectivity for the tested organic acids compared to that of commercial ZIC-cHILIC stationary phase.

1,8-bis(phenylimino)-3,6-ditertbutyl-carbazole is synthesized and characterized, which can be complexed with copper(II) halide by deprotonation and transmetallation. The resulting copper complexes enable to polymerize MMA through RATRP process.

Despite the growing interest in heterogeneous polymerization catalysis, the majority of the polymerization catalysts used industrially are single-use entities that are left in the polymer product. Recoverable and recyclable polymerization catalysts have not reached the industrial utility of single-use catalysts because the catalyst and product separation have not become economical. The successful development of recyclable transition metal polymerization catalysts must take a rational design approach, hence academic and industrial researchers need to further expand the fundamental science and engineering of recyclable polymerization catalysis to gain an understanding of critical parameters that allow for the design of economically viable, recoverable solid polymerization catalysts. Unfortunately, the rapid development of Atom Transfer Radical Polymerization over the past 10 years has not resulted in its wide spread industrial practice. Numerous reports regarding the immobilization of transition metal ATRP catalysts, in attempts to increase its applicability, have extended the fundamentals of recyclable polymerization catalysis. However, for industrial viability, more research is required in the area of how the catalyst complex immobilization methodology and support structure affect the catalyst polymerization performance, regeneration, and recyclability. A comprehensive rational catalyst design approach of silica-immobilized ATRP catalyst was undertaken to answer these questions and are discussed here.

We reported a non-crosslinking approach to synthesize nitroxide radical polymer brushes for thin-film electrodes via surface-initiated atom transfer radical polymeization (SI-ATRP), which was effective to yield the organic radical polymer brushes with high grafting density and to attain a uniform surface. As mentioned above, the covalent bonding of nitroxide polymer brushes to the conducting substrate not only prevented the polymer dissolution into organic electrolyte solution but improved the cycle life performance of batteries. Moreover, they can be the potential application in microbatteries by using microcontact printing to produce the patterned nitroxide polymer brushes on a conducting substrate. Even though the organic radical polymer brushes provided a new approach to syn-thesize thin-film electrodes, they still existed many problems that needed to study and to figure out. We discussed the morphology and electrochemical performance about ni-troxide radical polymer in the thesis. In the measurement of surface properties, we used the contact angle, electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA) and atomic force microscopic (AFM) to proceed. Another, in the measurement of electrochemical analysis, we used the cyclic voltammetry(CV), alternating current (AC) impedance and charge-discharge to understand the regarding mechanism in this polymer layer during the electrochemical reaction. In chapter 4, we discussed the oxidative problem in the polymer brushes. It should be well controlled during the oxidation reaction, because the oxidation level may affect the diffusion of electron that resulted the capacity better or not. In chapter5, we controlled the density of polymer brushes to construct the possible mechanism during the electro-chemical reaction, and found out the possible factors that affected the electrochemistry. In chapter 6, we applied the better results from the front chapter to the organic radical battery, and compared their electrical performance.

Les micelles apparaissent comme prometteuses dans le domaine de la vectorisation de médicaments. Afin d'améliorer leur biocompatibilité nous nous intéressons ici à des synthèses originales de copolymères amphiphiles comportant un bloc hydrophobe lipidique biosourcé. Un polymère intelligent constitue le bloc hydrophile. L'huile de lin subit une modification chimique afin d'introduire un site amorceur de polymérisation. Le bloc hydrophile est alors ajouté par polymérisation contrôlée. Deux copolymères sont obtenus, le lipide-b-poly(acide acrylique), pH-sensible et le lipide-b-poly(2-isopropyl-oxazoline), thermo-sensible. Une caractérisation physico-chimique complète révèle des concentrations micellaires critiques basses et des micelles de 10 nm. Un système mixte est préparé par mélange des deux copolymères. L'étude de ce système prouve une sensibilité aux deux stimuli. Afin d'améliorer la stabilité des micelles, nous proposons la photo-réticulation des insaturations de la chaîne lipidique.

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