Degradable Polymer Networks and Star Polymers Based on Mixtures of Two Cleavable Dimethacrylate Crosslinkers: Synthesis, Characterization, and Degradation

Mixtures of two cleavable dimethacrylate crosslinkers, the hydrolyzable di(methacryloyloxy-1-ethoxy)methane (DMOEM) and the thermolyzable 1,1-ethylene-diol dimethacrylate (EDDMA), were used for the preparation of neat crosslinker polymer networks, randomly crosslinked polymer networks of methyl methacrylate (MMA), and star polymers of MMA, using group transfer polymerization in tetrahydrofuran (THF). All star polymers and randomly crosslinked polymer networks containing mixtures of the hydrolyzable DMOEM and the thermolyzable EDDMA crosslinkers gave THF-soluble final products when subjected to sequential thermolysis and hydrolysis, in this order. When applying sequential hydrolysis and thermolysis, only the star polymers with an EDDMA crosslinker content equal to or higher than 50% gave THF-soluble final products.

Thermolyzable polymer networks and star polymers containing a novel, compact, degradable acylal-based dimethacrylate cross-linker: Synthesis, characterization, and thermolysis

A compact, cleavable acylal dimethacrylate cross-linker, 1,1-ethylenediol dimethacrylate (EDDMA), was synthesized from the anhydrous iron(III) chloride-catalyzed reaction between methacrylic anhydride and acetaldehyde. The ability of EDDMA to act as cross-linker was demonstrated by using it for the preparation of one neat cross-linker network, four star polymers of methyl methacrylate (MMA), and four randomly cross-linked MMA polymer networks using group transfer polymerization (GTP). For comparison, the corresponding polymer structures based on the commercially available ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) cross-linker (isomer of EDDMA) were also prepared via GTR The number of arms of the EDDMA-based star polymers was lower than that of the corresponding EGDMA polymers, whereas the degrees of swelling in tetrahydrofuran of the EDDMA-based MMA networks were higher than those of their EGDMA-based counterparts. Although none of the EDDMA-containing polymers could be cleanly hydrolyzed under basic or acidic conditions, they could be thermolyzed at 200 degrees C within 1 day giving lower molecular weight products.

Synthesis and characterization of amphiphilic star copolymers of 2-(dimethylamino) ethyl methacrylate and methyl methacrylate: Effects of architecture and composition

Six amphiphilic star copolymers comprising hydrophilic units of 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate (DMAEMA) and hydrophobic units of methyl methacrylate (MMA) were prepared by the sequential group transfer polymerization (GTP) of the two comonomers and ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) cross-linker. Four star-block copolymers of different compositions, one miktoarm star, and one statistical copolymer star were synthesized. The molecular weights (MWs) and MW distributions of all the star copolymers and their linear homopolymer and copolymer precursors were characterized by gel permeation chromatography (GPC), while the compositions of the stars were determined by proton nuclear magnetic resonance (H-1 NMR) spectroscopy. Tetrahydrofuran (THF) solutions of all the star copolymers were characterized by static light scattering to determine the absolute weight-average MW ((M) over bar (w)) and the number of arms of the stars. The R, of the stars ranged between 359,000 and 565,000 g mol(-1), while their number of arms ranged between 39 and 120. The star copolymers were soluble in acidic water at pH 4 giving transparent or slightly opaque solutions, with the exception of the very hydrophobic DMAEMA(10)-b-MMA(30)-star, which gave a very opaque solution. Only the random copolymer star was completely dispersed in neutral water, giving a very opaque solution. The effective pKs of the copolymer stars were determined by hydrogen ion titration and were found to be in the range 6.5-7.6. The pHs of precipitation of the star copolymer solutions/dispersions were found to be between 8.8-10.1, except for the most hydrophobic DMA-EMA(10)-b-MMA(30)-Star, which gave a very opaque solution over the whole pH range. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Synthesis and characterization of star polymers and cross-linked star polymer model networks with cores based on an asymmetric, hydrolyzable dimethacrylate cross-linker

A hydrolyzable dimethacrylate cross-linker, 2-methyl-2,4-pentanediol dimethacrylate (MPDMA), was synhesized by the reaction of 2-methyl-2,4-pentanediol and methacryloyl chloride in the presence of triethylamine. This cross-linker was used to prepare a neat cross-linker network and three cross-linked star polymer model networks (CSPMNs) of methyl methacrylate (MMA), as well as star-shaped polymers of MMA, by group transfer polymerization (GTP). Gel permeation chromatography (GPC) in tetrahydrofuran (THF) confirmed the narrow molecular weight distributions (MWDs) of the linear polymer precursors, and demonstrated the increase in molecular weight (MW) on each successive addition of cross-linker or monomer. Characterization of the star polymers by static light scattering (SLS) in THF showed that star polymers with MPDMA cores bear a relatively small number of arms, between 7 and 35. All star polymers and polymer networks containing the MPDMA cross-linker were hydrolyzed at room temperature in neat trifluoroacetic acid to yield lower-MW products.

Synthesis and characterization of polymer networks and star polymers containing a novel, hydrolyzable acetal-based dimethacrylate cross-linker

An acid-labile dimethaerylate acetal cross-linker,di(methacryloyloxy-l-ethoxy)methane(DMOEM), was synthesized by the reaction of 2-hydroxyethyl methacrylate and paraformaldehyde using p-toluenesulfonic acid and toluene as catalyst and solvent, respectively. Group transfer polymerization was employed to use this cross-linker in the preparation of nine hydrolyzable polymer structures: one neat cross-linker network, one randomly cross-linked network of methyl methacrylate (MMA), and seven star-shaped polymers of MMA. Gel permeation chromatography (GPC) in tetrahydrofuran (THF) confirmed the narrow molecular weight distributions of the linear polymer precursors to the stars and demonstrated the increase in molecular weight upon the addition of cross-linker for the formation of star-shaped polymers. Characterization of the star polymers in THF using static light scattering and GPC showed that the molecular weights and the number of arms of each star polymer increased with an increase in the molar ratio of cross-linker to initiator and with a decrease in the molar ratio of monomer to initiator. The star polymers with DMOEM cores bore a smaller number of arms than those cross-linked with the non-hydrolyzable commercial cross-linker ethylene glycol dimethacrylate due to the bulkier structure of DMOEM. All DMOEM-containing polymer networks and star polymers were completely hydrolyzed within 48 h using hydrochloric acid in THF.

Synthesis and characterization of star polymers and cross-linked star polymer model networks containing a novel, silicon-based, hydrolyzable cross-linker

An acid-labile dimethacrylate cross-linker, dimethyldi(methacryloyloxy-l-ethoxy)silane (DMDMAES), was synthesized by the reaction of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and dichlorodimethylsilane in the presence of triethylamine. Group transfer polymerization (GTP) was employed to use this cross-linker in the preparation of six hydrolyzable polymer structures: one neat cross-linker network, one randomly cross-linked network of methyl methacrylate (MMA), two star-shaped polymers of MMA, and two cross-linked star polymer model networks (CSPMNs) of MMA. A nonhydrolyzable CSPMN of MMA, based on a stable cross-linker, was also synthesized. Gel permeation chromatography (GPC) in tetrahydrofuran (THF) confirmed the narrow molecular weight distributions (MWDs) of the linear polymer precursors and demonstrated the increase in molecular weight (MW) upon each successive addition of cross-linker or monomer. Characterization by static light scattering (SLS) and GPC showed that star polymers with DMDMAES cores bear a relatively small number of arms, around 7. All star polymers and polymer networks were hydrolyzed using hydrochloric acid in THF. While the MWs of the products from the hydrolysis of the star polymers, the neat cross-linker network, and the randomly cross-linked network were as expected, those from the CSPMNs were of a much higher than expected MW, indicating extensive star-star coupling.

Group 6 carbene complexes derived from lithiated azoles and the crystal structure of a molybdenum thiazolinylidene complex

Fischer-type (alkoxy)azolyl carbene complexes and Ofele-Lappert-type azolylinylidene complexes were synthesised by reaction of 1-phenylpyrazol-3 -yllithium, 4-methylthiazol-2-yllithium, benzothiazol-2-yllithium, 1-methylimidazol-2-yllithium with M(CO)(5)L (L = CO, THF or Cl-; M = Cr, Mo or W) and subsequent alkylation with CF3SO3CH3. The alkylation of Fischer-type carbene complexes containing an azolyl as the organic substituent proceeded via ring opening of tetrahydrofuran. When the alkylation is carried out in THF, the carbocation CH3O(CH2)(4)(+) acts as an electrophile. Protonation rather than alkylation of coordinated imidazolyl furnished cyclic imine complexes. Changing the donor atom of a coordinated thiazole from N to C by deprotonation and alkylation afforded a carbene complex. (C) 1999 Elsevier Science S.A. All rights reserved.

Preparation of Aqueous Core/Polymer Shell Microcapsules by Internal Phase Separation

Aqueous core/polymer shell microcapsules with mommuclear and polynuclear core morphologies have been formed by internal phase separation from water-in-oil emulsions. The water-in-oil emulsions were prepared with the shell polymer dissolved in the aqueous phase by adding a low boiling point cosolvent. Subsequent removal of this cosolvent (by evaporation) leads to phase separation of the polymer and, if the spreading conditions are correct, formation of a polymer shell encapsulating the aqueous core. Poly(tetrahydrofuran) (PTHF) shell/aqueous core microcapsules, with a single (mononuclear) core, have been prepared, but the low T-g (-84 degreesC) of PTHF makes characterization of the particles more difficult. Poly(methyl methacrylate) and poly(isobutyl methacrylate) have higher T-g values (105 and 55 degreesC, respectively) and can be dissolved in water at sufficiently high acetone concentrations, but evaporation of the acetone from the emulsion droplets in these cases mostly resulted in polynuclear capsules, that is, having cores with many very small water droplets contained within the polymer matrix. Microcapsules with fewer, larger aqueous droplets in the core could be produced by reducing the rate of evaporation of the acetone. A possible mechanism for the formation of these polynuclear cores is suggested. These microcapsules were prepared dispersed in an oil-continuous phase. They could, however, be successfully transferred to a water-continuous phase, using a simple centrifugation technique. In this way, microcapsules with aqueous cores, dispersed in an aqueous medium, could be made. It would appear that a real challenge with the water-core systems, compared to the previous oil-core systems, is to obtain the correct order of magnitude of the three interfacial tensions, between the polymer, the aqueous phase, and the continuous oil phase; these control the spreading conditions necessary to produce shells rather than "acorns".

Caracterização e transformação de Lenhosulfonatos de Eucalyptus globulus

Os lenhosulfonatos representam um sub-produto formado durante o cozimento ao sulfito ácido, sendo queimados para a regeneração da base e recuperação de energia. No entanto, os lenhosulfonatos são também considerados uma importante matéria-prima para a produção de vários produtos de valor acrescentado. Os objectivos principais deste trabalho foram contribuir para uma melhor compreensão sobre a caracterização química e estrutural dos lenhosulfonatos do Eucalyptus globulus, assim como, para complementar a informação disponível sobre a síntese e a caracterização estrutural e térmica de materiais poliméricos obtidos a partir de compostos modelo dos produtos de oxidação dos lenhosulfonatos. O licor de cozimento ao sulfito foi analisado em termos do teor de cinzas, extractáveis, compostos voláteis, açúcares e lenhosulfonatos. O teor de cinzas e açúcares no licor de cozimento é muito elevado, tendo sido necessário purificar o mesmo (2,8-13,8 % e 3,2-9,1 %, respectivamente). A análise dos açúcares mostrou uma quantidade considerável de pentoses, sendo o açúcar predominante a xilose. Os lenhosulfonatos foram purificados, isolados e caracterizados por química molhada (titulação potenciométrica e oxidação com permanganato), análise elementar, espectroscopia de ultravioleta/visível (UV/Vis), espectroscopia de infravermelho de transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de ressonância magnética nuclear de protão (RMN de 1H) e carbono (RMN de 13C), espectrometria de massa de ionização por electrospray (ESI-MS), cromatografia de permeação em gel (GPC), termogavimetria (TGA) e calorimetria diferencial de varrimento (DSC). Os lenhosulfonatos são constituídos principalmente por unidades S, são parcialmente sulfonados e possuem um peso molecular relativamente baixo (Mw = 1250-2400 Da). A ruptura das ligações β-O-4 e α-O-4 da lenhina do Eucalyptus globulus após cozimento ao sulfito ácido originam olígomeros de baixo peso molecular cuja estrutura foi elucidada por RMN 1D/2D e ESI-MS. A degradação térmica dos lenhosulfonatos apresentou dois máximos de degradação a 188-190ºC e a 315-380ºC. As curvas de DSC mostraram um pico endotérmico para temperaturas inferiores a 130ºC e um pico exotérmico a 300-500ºC. Os lenhosulfonatos foram despolimerizados na presença de oxigénio molecular em meio alcalino. Os produtos de oxidação principais foram o aldeído siríngico, a vanilina, o ácido vanílico e o ácido siríngico. A adição do catalisador (sal de cobre) promoveu a oxidação dos lenhosulfonatos aumentando o rendimento dos aldeídos aromáticos (< 50%). A presença de açúcares nos lenhosulfonatos teve um efeito negativo no rendimento dos produtos de oxidação principais. Alguns compostos modelo dos produtos de oxidação dos lenhosulfonatos foram polimerizados por poliadição (catiónica e radicalar) e policondensação. Os monómeros e os polímeros foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho de transformada de Fourier e reflectância total atenuada (FTIR-ATR), RMN em solução e no estado sólido, UV/Vis no estado sólido, GPC, difracção de raios-X (XRD), TGA e DSC. Os compostos modelo estudados foram os estirenos metoxi-substituídos (p-metoxiestireno e 3,4-dimetoxiestireno) e os ácidos hidroxi aromáticos metoxi-substituídos (ácido vanílico e ácido siríngico). O 3,4-dimetoxiestireno foi ainda copolimerizado com o éter isobutil vinílico e os seus copolímeros foram desmetilados, assim como, o poli(p-metoxiestireno) e o poli(3,4-dimetoxiestireno). A polimerização catiónica do p-metoxiestireno e 3,4-dimetoxiestireno é mais rápida e mais completa do que a polimerização radicalar produzindo polímeros com pesos moleculares elevados. O poli(p-metoxiestireno) (Mw = 235000 Da) possui um peso molecular maior do que o poli(3,4-dimetoxiestireno) (Mw = 18800 Da). A estabilidade térmica e a temperatura de transição vítrea diminuiram com a presença do segundo grupo metoxilo. A desmetilação dos homopolímeros foi bem sucedida, tendo sido corroborada por FTIR-ATR e RMN. A policondensação do ácido siríngico foi dificultada pela presença do segundo grupo metoxilo, tendo sido necessário adicionar uma maior quantidade do agente de condensação devido a factores estéricos. O poli(ácido vanílico) e poli(ácido siríngico) são insolúveis na maior parte dos solventes orgânicos, sendo parcialmente solúveis em clorofórmio, ácido triflúoracético, 1,1,2,2- tetracloroetano, dimetilsulfóxido, tetrahidrofurano, N,N’-dimetilformamida e 1,1,1,3,3,3-hexaflúor-2-propanol. A estabilidade térmica diminuiu com a presença do segundo grupo metoxilo e os dois polímeros não exibiram temperatura de transição vítrea. O poli(ácido vanílico) e poli(ácido siríngico) apresentaram uma estrutura muito cristalina (grau de cristalinidade 70% e 50%, respectivamente). O segundo grupo metoxilo aumentou o valor da absorvância, mas a forma do espectro de UV/Vis foi similar. A polimerização catiónica do éter isobutil vinílico resultou na produção de um polímero muito viscoso com peso molecular elevado (Mw = 20400 Da). A degradação térmica do polímero ocorreu em várias gamas de temperatura e foi completa (0% de resíduo a 800ºC). A copolimerização catiónica do 3,4-dimetoxiestireno com o éter isobutil vinílico foi realizada com proporções diferentes 80:20, 50:50 e 20:80. Os copolímeros apresentaram uma viscosidade elevada e um peso molecular baixo (Mw = 2000-4000 Da) que aumentou com a quantidade de éter isobutil vinílico. A degradação térmica dos copolímeros ocorreu também em várias gamas de temperatura, sendo a sua degradação completa (0,9-1,5% de resíduo a 800ºC). A desmetilação dos copolímeros não foi bem sucedida, tendo sido confirmada por FTIR-ATR e RMN.

Development of a sustainable method for the extraction of lycopene and β-carotene from food wastes

The main objective of the present work is the study of a profitable process not only in the extraction and selective separation of lycopene and β-carotene, two compounds present in tomato, but also in its potential application to food industry wastes. This is one of the industries that produce larger amounts of wastes, which are rich in high value biomolecules with great economic interest. However, the conventional methods used to extract this kind of compounds are expensive which limits their application at large scale. Lycopene and βcarotene are carotenoids with high commercial value, known for their antioxidant activity and benefits to human health. Their biggest source is tomato, one of the world’s most consumed fruits, reason for which large quantities of waste is produced. This work focuses on the study of diverse solvents with a high potential to extract carotenoids from tomato, as well as the search for more environmentally benign solvents than those currently used to extract lycopene and β-carotene from biomass. Additionally, special attention was paid to the creation of a continuous process that would allow the fractionation of the compounds for further purification. Thus, the present work started with the extraction of both carotenoids using a wide range of solvents, namely, organic solvents, conventional salts, ionic liquids, polymers and surfactants. In this stage, each solvent was evaluated in what regards their capacity of extraction as well as their penetration ability in biomass. The results collected showed that an adequate selection of the solvents may lead to the complete extraction of both carotenoids in one single step, particularly acetone and tetrahydrofuran were the most effective ones. However, the general low penetration capacity of salts, ionic liquids, polymers and surfactants makes these solvents ineffective in the solid-liquid extraction process. As the organic solvents showed the highest capacity to extract lycopene and βcarotene, in particular tetrahydrofuran and acetone, the latter solvent used in the development process of fractionation, using to this by strategic use of solvents. This step was only successfully developed through the manipulation of the solubility of each compound in ethanol and n-hexane. The results confirmed the possibility of fractionating the target compounds using the correct addition order of the solvents. Approximately, 39 % of the β-carotene was dissolved in ethanol and about 64 % of lycopene was dissolved in n-hexane, thus indicating their separation for two different solvents which shows the selective character of the developed process without any prior stage optimization. This study revealed that the use of organic solvents leads to selective extraction of lycopene and β-carotene, allowing diminishing the numerous stages involved in conventional methods. At the end, it was possible to idealize a sustainable and of high industrial relevance integrated process, nevertheless existing the need for additional optimization studies in the future.

Poly(ethylene-co-acrylic acid) random copolymers : amphiphilic properties and self-assembly in aqueous medium

Les travaux de recherche présentés ici avaient pour objectif principal la synthèse de copolymères statistiques à base d’éthylène et d’acide acrylique (AA). Pour cela, la déprotection des groupements esters d’un copolymère statistique précurseur, le poly(éthylène-co-(tert-butyl)acrylate), a été effectuée par hydrolyse à l’aide d’iodure de triméthylsilyle. La synthèse de ce précurseur est réalisée par polymérisation catalytique en présence d’un système à base de Palladium (Pd). Le deuxième objectif a été d’étudier et de caractériser des polymères synthétisés à l’état solide et en suspension colloïdale. Plusieurs copolymères précurseurs comprenant différents pourcentages molaires en tert-butyl acrylate (4 à 12% molaires) ont été synthétisés avec succès, puis déprotégés par hydrolyse pour obtenir des poly(éthylène-coacide acrylique) (pE-co-AA) avec différentes compositions. Seuls les copolymères comprenant 10% molaire ou plus de AA sont solubles dans le Tétrahydrofurane (THF) et uniquement dans ce solvant. De telles solutions peuvent être dialysées dans l’eau, ce qui conduit à un échange lent entre cette dernière et le THF, et l’autoassemblage du copolymère dans l’eau peut ensuite être étudié. C’est ainsi qu’ont pu être observées des nanoparticules stables dans le temps dont le comportement est sensible au pH et à la température. Les polymères synthétisés ont été caractérisés par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) ainsi que par spectroscopie Infra-Rouge (IR), avant et après déprotection. Les pourcentages molaires d’AA ont été déterminés par combinaison des résultats de RMN et ii de titrages conductimètriques. A l’état solide, les échantillons ont été analysés par Calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et par Diffraction des rayons X. Les solutions colloïdales des polymères pE-co-AA ont été caractérisées par Diffusion dynamique de la lumière et par la DSC-haute sensibilité. De la microscopie électronique à transmission (TEM) a permis de visualiser la forme et la taille des nanoparticules.

The Role of Second Generation Antiretroviral Drugs in HIV-1 Subtype B and non-B Variants Harboring Natural Polymorphisms and Drug Resistance Mutations.

Cette thèse traite de la résistance du VIH-1 aux antirétroviraux, en particulier de l'activité antivirale de plusieurs inhibiteurs non nucléosidiques de la transcriptase inverse (INNTI) ainsi que des inhibiteurs de protéase (IP). Nous avons exploré l’émergence et la spécificité des voies de mutations qui confèrent la résistance contre plusieurs nouveaux INNTI (étravirine (ETR) et rilpivirine (RPV)) (chapitres 2 et 3). En outre, le profil de résistance et le potentiel antirétroviral d'un nouvel IP, PL-100, est présenté dans les chapitres 4 et 5. Pour le premier projet, nous avons utilisé des sous-types B et non-B du VIH-1 pour sélectionner des virus résistants à ETR, et ainsi montré que ETR favorise l’émergence des mutations V90I, K101Q, E138K, V179D/E/F, Y181C, V189I, G190E, H221H/Y et M230L, et ce, en 18 semaines. Fait intéressant, E138K a été la première mutation à émerger dans la plupart des cas. Les clones viraux contenant E138K ont montré un faible niveau de résistance phénotypique à ETR (3,8 fois) et une diminution modeste de la capacité de réplication (2 fois) par rapport au virus de type sauvage. Nous avons également examiné les profils de résistance à ETR et RPV dans les virus contenant des mutations de résistance aux INNTI au début de la sélection. Dans le cas du virus de type sauvage et du virus contenant la mutation unique K103N, les premières mutations à apparaître en présence d’ETR ou de RPV ont été E138K ou E138G suivies d’autres mutations de résistance aux INNTI. À l’inverse, dans les mêmes conditions, le virus avec la mutation Y181C a évolué pour produire les mutations V179I/F ou A62V/A, mais pas E138K/G. L'ajout de mutations à la position 138 en présence de Y181C n'augmente pas les niveaux de résistance à ETR ou RPV. Nous avons également observé que la combinaison de Y181C et E138K peut conduire à un virus moins adapté par rapport au virus contenant uniquement Y181C. Sur la base de ces résultats, nous suggérons que les mutations Y181C et E138K peuvent être antagonistes. L’analyse de la résistance au PL-100 des virus de sous-type C et CRF01_AE dans les cellules en culture est décrite dans le chapitre 4. Le PL-100 sélectionne pour des mutations de résistance utilisant deux voies distinctes, l'une avec les mutations V82A et L90M et l'autre avec T80I, suivi de l’addition des mutations M46I/L, I54M, K55R, L76F, P81S et I85V. Une accumulation d'au moins trois mutations dans le rabat protéique et dans le site actif est requise dans chaque cas pour qu’un haut niveau de résistance soit atteint, ce qui démontre que le PL-100 dispose d'une barrière génétique élevée contre le développement de la résistance. Dans le chapitre 5, nous avons évalué le potentiel du PL-100 en tant qu’inhibiteur de protéase de deuxième génération. Les virus résistants au PL-100 émergent en 8-48 semaines alors qu’aucune mutation n’apparaît avec le darunavir (DRV) sur une période de 40 semaines. La modélisation moléculaire montre que la haute barrière génétique du DRV est due à de multiples interactions avec la protéase dont des liaison hydrogènes entre les groupes di-tétrahydrofuranne (THF) et les atomes d'oxygène des acides aminés A28, D29 et D30, tandis que la liaison de PL-100 est principalement basée sur des interactions polaires et hydrophobes délocalisées à travers ses groupes diphényle. Nos données suggèrent que les contacts de liaison hydrogène et le groupe di-THF dans le DRV, ainsi que le caractère hydrophobe du PL-100, contribuent à la liaison à la protéase ainsi qu’à la haute barrière génétique contre la résistance et que la refonte de la structure de PL-100 pour inclure un groupe di-THF pourrait améliorer l’activité antivirale et le profil de résistance.

Films minces supramoléculaires de copolymères de PS-P4VP réalisés par trempage

Bien que ce soit un procédé industriel répandu, les films de copolymères à blocs préparés par trempage (« dip-coating ») sont moins étudiés que ceux obtenus par tournette (« spin-coating »). Pourtant, il est possible grâce à cette technique de contrôler précisément les caractéristiques de ces films. Au-delà de la méthode de fabrication, la capacité de modifier la morphologie des films trempés à l’aide d’autres facteurs externes est un enjeu primordial pour leur utilisation dans les nanotechnologies. Nous avons choisi, ici, d’étudier l’influence d’une petite molécule sur la morphologie de films supramoléculaires réalisés par « dip-coating » à partir de solutions de poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) dans le tétrahydrofurane (THF). En présence de 1-naphtol (NOH) et d’1-acide napthoïque (NCOOH), qui se complexent par pont hydrogène au bloc P4VP, ces films donnent, respectivement, une morphologie en nodules (sphères) et en stries (cylindres horizontaux). Des études par spectroscopie infrarouge ont permis de mesurer la quantité de petite molécule dans ces films minces, qui varie avec la vitesse de retrait mais qui s’avère être identique pour les deux petites molécules, à une vitesse de retrait donnée. Cependant, des études thermiques ont montré qu’une faible fraction de petite molécule est dispersée dans le PS (davantage de NOH que de NCOOH à cause de la plus faible liaison hydrogène du premier). La vitesse de retrait est un paramètre clé permettant de contrôler à la fois l’épaisseur et la composition du film supramoléculaire. L’évolution de l’épaisseur peut être modélisée par deux régimes récemment découverts. Aux faibles vitesses, l’épaisseur décroît (régime de capillarité), atteint un minimum, puis augmente aux vitesses plus élevées (régime de drainage). La quantité de petite molécule augmente aux faibles vitesses pour atteindre un plateau correspondant à la composition de la solution aux vitesses les plus élevées. Des changements de morphologie, à la fois liés à l’épaisseur et à la quantité de petite molécule, sont alors observés lorsque la vitesse de retrait est modifiée. Le choix du solvant est aussi primordial dans le procédé de « dip-coating » et a été étudié en utilisant le chloroforme, qui est un bon solvant pour les deux blocs. Il s’avère qu’à la fois la composition ainsi que la morphologie des films de PS-P4VP complexés sont différentes par rapport aux expériences réalisées dans le THF. Premièrement, la quantité de petite molécule reste constante avec la vitesse de retrait mais les films sont plus riches en NCOOH qu’en NOH. Deuxièmement, la morphologie des films contenant du NOH présente des stries ainsi que des lamelles à plat, tandis que seules ces dernières sont observables pour le NCOOH. Ce comportement est essentiellement dû à la quantité différente de petite molécule modulée par leur force de complexation différente avec le P4VP dans le chloroforme. Enfin, ces films ont été utilisés pour l’adsorption contrôlée de nanoparticules d’or afin de guider leur organisation sur des surfaces recouvertes de PS-P4VP. Avant de servir comme gabarits, un recuit en vapeurs de solvant permet soit d’améliorer l’ordre à longue distance des nodules de P4VP, soit de modifier la morphologie des films selon le solvant utilisé (THF ou chloroforme). Ils peuvent être ensuite exposés à une solution de nanoparticules d’or de 15 nm de diamètre qui permet leur adsorption sélective sur les nodules (ou stries) de P4VP.

Films minces de copolymères à blocs supramoléculaires et photosensibles

La technique de trempage («dip-coating») est un procédé rapide et efficace pour former des films minces de copolymères à blocs (CPB) d’épaisseur et de nano-morphologies variées. Très peu d’études ont toutefois porté sur le trempage des CPB supramoléculaires et/ou photosensibles. Le trempage du CPB poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) a premièrement été étudié avec des petites molécules (PM) d’acide 1-naphtoïque (NCOOH) et de 1-naphtol (NOH) capables de former des ponts hydrogène (ponts H) avec le bloc P4VP dans 4 solvants (tétrahydrofurane (THF), p-dioxane, toluène et chloroforme). Le ratio d’incorporation (RI) molaire PM/VP dans les films trempés augmente avec la vitesse de retrait mais sa variation dépend fortement du solvant et de la PM utilisés. Le RI et la morphologie des films minces dépendent de la possibilité (ou non) du solvant à former des ponts H avec la PM et de sa sélectivité au bloc de PS menant (ou non) à des micelles de P4VP/PM en solution dont la rigidité influence l’état cinétique du système en film mince. La dépendance en une courbe en V de l’épaisseur des films en fonction la vitesse de retrait définit deux régimes, nommés régimes capillaire et de drainage. Ces régimes influencent différemment le RI et la morphologie finale. Nous nous sommes ensuite intéressés aux complexes de PS-P4VP avec des azobenzènes (AB) photosensibles, le 4-hydroxy-4’-butyl-azobenzène (BHAB) et le 4-hydroxy-4’-cyano-azobenzène (CHAB). Ces AB peuvent non seulement former des ponts H avec le bloc P4VP mais aussi s'isomériser entre les formes trans et cis sous illumination. Les expériences avec PS-P4VP/BHAB dans le THF et le toluène ont révélé que l'irradiation pendant le trempage permet de provoquer une transition entre les morphologies sphérique et cylindrique à basses vitesses de retrait. Ces transitions sont expliquées par l’augmentation du ratio molaire BHAB/VP pris dans les films sous illumination et par le plus grand volume des isomères BHAB-cis par rapport aux BHAB-trans. L'irradiation permet également de moduler l'épaisseur des films sans égard à la présence des AB. Finalement, des solutions de PS-P4VP/CHAB et PS-P4VP/BHAB dans le THF avec un CPB de masse molaire plus élevée ont été étudiées afin de comprendre l’effet d'un temps de demi-vie plus court de l’AB et de la présence de micelles en solution. Le photocontrôle morphologique perd de son efficacité avec le CHAB car l’augmentation du RI de CHAB dans les films illuminés par rapport aux films non irradiés est moins prononcée que pour les complexes de BHAB. Le choix du PS-P4VP est également important puisque la présence de micelles dans les solutions de THF du PS-P4VP(36,5k-16k), même si elle n’influence pas les RI BHAB/VP, fige davantage la morphologie sphérique en solution par rapport à une solution non-micellaire de PS-P4VP(24k-9,5k), limitant les possibilités de transition morphologique.