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Axe Ingénierie des Polymères Fonctionnels

Objectifs scientifiques

  • Développement de nouveaux systèmes photoamorceurs
  • Développement de procédés et processus innovants en photopolymérisation
  • Développement de nouvelles méthodologies de synthèse, combinant photopolymérisations et polymérisations radicalaires contrôlées
  • Contrôle de la croissance, de la chimie et de la morphogénèse des films minces obtenus par polymérisation assistée par plasma
  • Design de surfaces et interfaces possédant des propriétés chimiques et physico-chimiques contrôlées ; application à l’élaboration de surfaces stimulables

Les membres

Aissam AIROUDJ
Ingénieur d’études
CV

Florence BALLY-LE GALL 
Maître de conférences
Co-animatrice
CV

Jean-Michel BECHT
Maître de conférences
CV

Céline DIETLIN
Maître de conférences
CV

Bernadette GRAFF
Ingénieur d’études
CV

Dimitri IVANOV
Directeur de recherche
CV

Amane JADA
Chargé de recherche
CV

Jacques LALEVEE
Professeur
CV

Philippe KUNEMANN
Assistant ingénieur
CV

Fabrice MORLET-SAVARY
Chargé de recherche
Co-animateur  
CV

Hatice MUTLU
Professeur Junior
CV

Vincent ROUCOULES
Professeur
Directeur de l’IS2M  
CV

Thèmes de recherche

Development of novel sulfur-decorated materials in line with the concept of circular chemistry

Hatice Mutlu   hatice.mutlu@uha.fr

We utilize synthetic organic chemistry, photochemistry, and polymer chemistry for new applications in materials science. We apply novel methods to develop new polymerization strategies that are previously unrealized. In line with this, we are highly interested in the design of new (potentially sustainable) monomers to access soft matter materials and ultimately study the prospective Real-World applications.

Pour en savoir plus

Développement de nouveaux systèmes photo-amorceurs et résines photosensibles pour applications spécifiques

J.M.Becht, C. Dietlin, B. Graff, J. Lalevée*, F. Morlet-Savary

*Contact : jacques.lalevee@uha.fr

Le développement de nouvelles résines photosensibles pour les polymérisations radicalaires, cationiques ou la préparation de réseaux polymères interpénétrés nécessite une recherche fondamentale forte aussi bien au niveau des systèmes photoamorceurs (utilisation de conditions d’irradiation douces…) que de l’ensemble des composants de la résine photopolymérisable (nouveaux monomères, polymérisation hybride, stabilisants …). C’est en effet par une optimisation complète du système photopolymérisable que l’on peut améliorer les propriétés finales d’usage pour des applications spécifiques e.g. matériaux dentaires, colles chirurgicales, revêtements fonctionnels, matériaux pour la construction… La compréhension des mécanismes réactionnels est aussi un facteur important dans le développement de ces systèmes photosensibles.

Photopolymérisations en milieu dispersé

 A. Chemtob*

*Contact : abraham.chemtob@uha.fr

Face aux nouveaux enjeux de la transition énergétique, il est important de renforcer l’éco-efficience des procédés de polymérisation. En combinant les deux principaux procédés sans COV que sont la photopolymérisation et la polymérisation en milieu dispersé, nous visons une production plus efficace (gains de productivité, moins de déchets…) et capable de générer de nouveaux polymères dispersés innovants sous forme de nanoparticules, films ou matériaux poreux. Notre technologie en rupture s’appuie sur un photoamorçage permettant un contrôle temporel, l’utilisation de lampes LED économes en énergie et des photoréacteurs sur mesure. Le mécanisme original de polymérisation par étapes « thiol-ène » offre une facilité de fonctionnalisation des particules, un contrôle de l’architecture des polymères, et des matériaux à base de soufre dépourvus de monomères résiduels.

Financement :

PHOTO-EMULSION est un projet de « formation doctorale innovante » (ITN) du programme européen H2020 coordonné par l’IS2M et réunissant 8 universités et 4 industries. Call : H2020-MSCA-ITN-2017. “PHOTO-EMULSION” : Towards Next generation Eco-efficient PHOTO and EMULSION Polymerisations. Imparting Synergy to Process, Products and Applications.

Publications :

Role of Thiol Oxidation by Air in the Mechanism of the Self-Initiated Thermal Thiol-Ene Polymerization Le, C. M. Q. ; Morlet-Savary, F. ; Chemtob, A.. Polymer Chemistry 2021, 12, 6594. https://doi.org/10.1039/d1py01301g.

Effect of Surfactant Concentration and Monomer Polarity on Particle Nucleation in Emulsion Step Polymerization of Dithiol with Diene Le, C. M. Q. ; Schmutz, M. ; Chemtob, A.. Colloid Polym Sci 2022. https://doi.org/10.1007/s00396-022-04993-z.

Droplet Nucleation in Miniemulsion Thiol–Ene Step Photopolymerization Le, C. M. Q. ; Vidal, L. ; Schmutz, M. ; Chemtob, A. . Polym. Chem. 2021, 12, 2084. https://doi.org/10.1039/D1PY00139F.

Semi-Crystalline Poly(Thioether) Prepared by Visible-Light-Induced Organocatalyzed Thiol-Ene Polymerization in Emulsion Le, C. M. Q. ; Schrodj, G. ; Ndao, I. ; Bessif, B. ; Heck, B. ; Pfohl, T. ; Reiter, G. ; Elgoyhen, J. ; Tomovska, R. ; Chemtob, A.. Macromolecular Rapid Communications 2022, 43, 2100740. https://doi.org/10.1002/marc.202100740.

 

Ingénierie macromoléculaire photo-induite

 A.Chemtob

*Contact : abraham.chemtob@uha.fr

L’introduction de stimuli externes dans les méthodologies de synthèse est une thématique actuellement en plein essor dans le domaine de l’ingénierie macromoléculaire. Dans ce contexte, nous développons des photopolymérisations radicalaires contrôlées sous lumière visible en utilisant des LED comme sources d’irradiation. L’auto-assemblage induit par photopolymérisation radicalaire contrôlée (photoPISA) est notamment développé pour la synthèse de nanoparticules à base de copolymères amphiphiles. La PISA induite par voie photochimique ouvre des voies pour l’amélioration des conditions de procédé, en ce qui concerne l’efficacité de la réaction, la consommation d’énergie et la sécurité. Les nano-objets dérivés de photoPISA ont été exploités dans deux domaines émergents : l’utilisation comme gabarit dans la synthèse de carbones mésoporeux et comme nanoparticules fluorescentes pour l’imagerie optique des cellules.

 

Publications :

Kinetically Stable Sub-50 Nm Fluorescent Block Copolymer Nanoparticles via Photomediated RAFT Dispersion Polymerization for Cellular Imaging Tkachenko, V. ; Kunemann, P. ; Malval, J. P. ; Petithory, T. ; Pieuchot, L. ; Vidal, L. ; Chemtob, A.. Nanoscale 2022, 14, 534. DOI : 10.1039/d1nr04934h.

Photodegradable Block Copolymer Nanoparticles for Dual Release of Cargo and Radicals Chaabouni, E. ; Tkachenko, V. ; Vidal, L. ; Allouche, N. ; Chemtob, A. Fully. European Polymer Journal 2021, 156, 110633. DOI :10.1016/j.eurpolymj.2021.110633.

Characterizing the Core-Shell Architecture of Block Copolymer Nanoparticles with Electron Microscopy : A Multi-Technique Approach Tkachenko, V. ; Vidal, L. ; Josien, L. ; Schmutz, M. ; Poly, J. ; Chemtob, A. Characterizing the Core-Shell. Polymers 2020, 12 , 1656.  DOI :10.3390/polym12081656

A DSC and XPS characterization of core–shell morphology of block copolymer nanoparticles Tkachenko, V. ; Josien, L. ; Schrodj, G. ; Hajjar-Garreau, S. ; Urbaniak, S. ; Poly, J. ; Chemtob, A. . Colloid Polymer Science 2020, 298, 1095 DOI : 10.1007/s00396-020-04676-7

 

 

Polymérisation assistée par plasma

A. Airoudj, F. Bally-Le Gall, P.Kunemann, V. Roucoules*

*Contact : florence bally-le-gall@uha.fr, vincent.roucoules@uha.fr

La polymérisation assistée par plasma est un procédé vert de fonctionnalisation de surface s’affranchissant de l’utilisation de tout solvant. Les revêtements de polymère formés (typiquement d’une épaisseur de l’ordre d’une centaine de nanomètres) peuvent être déposés sur des matériaux de nature très variée en terme de composition et de géométrie car le dépôt de polymère s’effectue à température ambiante et en phase vapeur. De plus, l’adhérence de ces revêtements aux matériaux est stable car elle est basée sur des liaisons fortes à l’interface matériau/film mince mais aussi au sein du film mince (polymère réticulé), ce qui confère généralement une bonne durabilité des revêtements. Dans notre axe, les chercheurs s’intéressent à cette technique de fonctionnalisation depuis l’étude des mécanismes réactionnels fondamentaux impliqués au cours de la synthèse jusqu’à la caractérisation des propriétés d’usage (revêtements antibactériens, superhydrophobes, hydrogels, entre autres).

 

 

Publications :

Plasma polymerization in the design of new materials : looking through the lens of maleic anhydride plasma polymers , Carneiro De Oliveira J, De Meireles Brioude M., Airoudj A., Bally-Le Gall F., Roucoules V., Materials Today Chemistry 2022 23, 100646 . DOI 10.1016/j.mtchem.2021.100646

Unique combination of spatial and temporal control of maleic anhydride plasma polymerization, Jebali S., Airoudj A , Ferreira I., Hegemann D., Roucoules V., Bally-Le Gall F . Plasma Processes and Polymers 2021 18, e2000244 . DOI :10.1002/ppap.202000244.

Bacterial Colonization of Low-Wettable Surfaces is Driven by Culture Conditions and Topography,  Marguier A., Poulin N., Soraru C., Vonna L, Hajjar-Garreau S., Kunemann P , Airoudj A , Mertz G., Bardon J., Delmée M., Roucoules V , Ruch D., Ploux L.., Advanced Materials Interfaces 2020 7, 2000179 DOI . : 10.1002/admi.202000179.

Poly(allylamine) plasma polymer coatings for an efficient retention of Ni(II) ions by ultrafiltration membranes, Bally-Le Gall F , Mokhter A. Lakard S. , Wolak S., Kunemann P. , Fioux P., Airoudj A , El Yakhkifi S., Magnenet C., Lakard B., Roucoules V ., Plasma Processes and Polymers 2019 16, e1800134 DOI : 10.1002/ppap.201800134

Macroscopic control of DMAHEMA and HEMA plasma polymerization to tune the surface mechanical properties of hydrogel-like coatings Veuillet M., Ploux L., Airoudj A , Gourbeyre Y., Gaudichet-Maurin E., Roucoules V ., Plasma Processes and Polymers 2017 14, 1600215 DOI : 10.1002/ppap.201600215

Textile with Durable Janus Wetting Properties Produced by Plasma Polymerization, Airoudj A., Bally-Le Gall F., Roucoules V., The Journal of Physical Chemistry C 2016 120, 29162. DOI : 10.1021/acs.jpcc.6b09373

 

 

Morphogénèse des polymères plasma

A. Airoudj, F. Bally-Le Gall, V. Roucoules*

*Contact : vincent.roucoules@uha.fr

Un plasma produit typiquement un très grand nombre d’espèces différentes (molécules, atomes et radicaux), dans un grand nombre d’états énergétiques (états ionisés, excités, métastables et fondamentaux). Ces précurseurs sont susceptibles de s’assembler en objets solides possédant des propriétés spécifiques. Notre objectif est d’appréhender les mécanismes liés à la morphogenèse des structures solides complexes induites au cours du processus de polymérisation plasma. La complexité vient de la difficulté d’identifier les forces prédominantes qui conduisent à la formation des motifs organisés et du caractère multi-échelles de ces systèmes, où divers phénomènes chimiques et physiques peuvent avoir lieu à différentes échelles spatiales et temporelles.

Publications :

Thin films deposition versus nanoparticles formation : How can the desired polymer coating be obtained ? Jebali S, Carneiro De Oliveira J, Airoudj A., Josien L., Fioux P., Ferreira I., Roucoules V., Bally-Le Gall F.. , Plasma Processes and Polymers 2022, 192100091 . DOI : 10.1002/ppap.202100091.

Le N.H., Bonne M., Airoudj A., Fioux P., Boubon R., Rebiscoul D., Bally-Le Gall F., Lebeau B. and Roucoules V., Plasma Processes and Polymers, 2020 e2000183 DOI.10.1002/ppap.202000183.

Brioude, M.M., Laborie, M.P., Airoudj, A.,Haidara, H. and Roucoules, V., Plasma processes and polymers 2014, 11, 943 DOI : 10.1002/ppap.201400057

Brioude, M.M., Laborie, M.P., Haidara, H. and Roucoules, V., Plasma Processes and Polymers 2015, 12, 1220 DOI : 10.1002/ppap.201400224

Brioude, M.M., Roucoules, V., Haidara, H., Vonna, L. and Laborie, M.-P., ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 14079. DOI : 10.1021/acsami.5b03302

 

 

 

 

Fabrication d’interfaces stimulables

A. Airoudj,  F. Bally-Le Gall*, V. Roucoules

*Contact : florence.bally-le-gall@uha.fr

L’élaboration de revêtements fonctionnels répondant à un stimulus (thermique ou mécanique) apporte des propriétés intelligentes à la surface du matériau, régissant les interactions de ce dernier avec son environnement sans en modifier la formulation. Dans notre axe, le design de ces interfaces intelligentes se base sur la polymérisation plasma et la post-modification des films polymères fonctionnels obtenus. Plus particulièrement, le contrôle de la réactivité interfaciale a permis de générer une adhésion covalente réversible par stimulus thermique entre deux substrats via un polymère plasma greffé avec des composés réagissant par réaction de Diels-Alder.

Publications :

Interfacial Diels-Alder Reaction between Furan-Functionalized Polymer Coatings and Maleimide-Terminated Poly(ethylene glycol), Vauthier M. Jierry L, Mendez Martinez L. M. Durst Y-M., Kelber J., Roucoules V., Bally-Le Gall F. Journal of Physical Chemistry C 2019 123, 4125 DOI : 10.1021/acs.jpcc.8b10533.

Interfacial Thermoreversible Chemistry on Functional Coatings : A Focus on the Diels–Alder Reaction, Vauthier M., Jierry L, Oliveira J. C., Hassiyna L., Roucoules V., Bally-Le Gall F ., Advanced Functional Materials 2019 29, 1806765 . DOI :10.1002/adfm.201806765.

Control of Interfacial Diels–Alder Reactivity by Tuning the Plasma Polymer Properties, Vauthier M. , Jierry L. , Boulmedais F., Oliveira J .C., Clancy K. F. A., Simet C., Roucoules V., Bally-Le Gall F . Langmuir 2018 34, 11960 . DOI : doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b02045.

Kulaga E, Ploux L, Balan L., Schrodj G., Roucoules V., Plasma Processes and Polymers 2014 11, 63 DOI 10.1002/ppap.201300091

Bacharouche, J., Badique, F., Fahs, A., Spanedda, M.V., Geissler, A., Malval, J.-P., Vallat, M.-F., Anselme, K., Francius, G., Frisch, B., Hemmerlé, J., Schaaf, P. and Roucoules, V. ACS Nano 2013, 7, 3457 DOI : 10.1021/nn400356p

Design de surfaces et interfaces possédant des propriétés chimiques et physico-chimiques contrôlées : Application au traitement des effluents 

A. Jada

*Contact : amane.jada@uha.fr

La pollution chimique de l’eau résulte en grande partie des effluents chargés de polluants organiques et de métaux lourds. Différents procédés existent pour traiter ces effluents à grande échelle dans les stations d’épuration : l’adsorption, la floculation, la filtration membranaire et la biodégradation. Ces procédés conventionnels ne sont malheureusement pas toujours très sélectifs et leur nature non-destructive conduit à la formation de boues. Nous travaillons actuellement sur d’autres procédés tels que les procédés d’oxydation avancées (POA), qui produisent des espèces hautement réactives de l’oxygène à partir de divers peroxydes. Nos activités de recherches à l’IS2M (Mulhouse-France) et aussi à l’étranger, à l’Université Ibn Zohr (Agadir-Maroc), ont pour objectifs le développement de nouveaux catalyseurs de POA à base de polymères, de matériaux biosourcés, de particules inorganiques ou de composites, encapsulés dans des billes d’alginate de calcium. L’encapsulation permet de récupérer et recycler le catalyseur, ainsi que de préserver et de maintenir ses propriétés intrinsèques sur le long terme. Ces catalyseurs de POA se sont avérés efficaces pour éliminer et dégrader les polluants organiques présents dans les systèmes aquatiques comme les colorants, sans aucun apport d’énergie lumineuse externe, et ils peuvent être recyclés sans altération de leurs structures. Les résultats obtenus sont prometteurs pour une application à grande échelle. Nos recherches consistent aussi à élucider les mécanismes radicalaire et non radicalaire lors de la formation des espèces radicalaires oxygénées à l’issue de l’activation du peroxyde.

Publications :

Conjugated polymers templated carbonization to design N, S co-doped finely tunable carbon for enhanced synergistic catalysis. El Fakir, AA ; Anfar, Z ; Enneiymy, M ; Jada, A ; El Alem, N. Applied Catalysis B-Environmental, 2022  300, 120732,

Engineering of new hydrogel beads based conducting polymers : Metal-free catalysis for highly organic pollutants degradation, El Fakir, AA ; Anfar, Z ; Amedlous, A ; Zbair, M ; Hafidi, Z ; El Achouri, M, Jada, A, El Alem, N. Applied Catalysis B-Environmental, 2021, 286,  119948

Synergistic effect for efficient catalytic persulfate activation in conducting polymers-hematite sand composites : Enhancement of chemical stability, El Fakir, AA ; Anfar, Z ; Amedlous, A ; Amjlef, A ; Farsad, S ; Jada, A ; El Alem, N. Applied Catalysis A-Environmental, 2021, 623, 118246

New functionalization approach synthesis of Sulfur doped, Nitrogen doped and Co-doped porous carbon : Superior metal-free Carbocatalyst for the catalytic oxidation of aqueous organics pollutants, Anfar, Z ; El Fakir, AA ; Zbair, M ; Hafidi, Z ; Amedlous, A ; Majdoub, M ; Farsad, S ; Amjlef, A ; Jada, A  ; El Alem, N. Chemical Engineering Journal, 2021  405, 126660 

New amino group functionalized porous carbon forstrong chelation ability towards toxic heavymetals, Anfar, Z ; Amedlous, A ; Majdoub, M ; El Fakir, AA ; Zbair, M ; Ahsaine, HA ; Jada, A  ; El Alem, N. RSC Advances,  2020 10, 31087

Equipements spécifiques

Spectromètre d’émission optique

Spincoater

Imprimante 3D

Spectrophotomètres d’absorption UV-visible

Montage de photolyse laser éclair (LFP)

Fluorimètre

Banc d’irradiation

Applicateur automatique bar coaters et flexo

Spectromètres FT-IR

Chromatographes d’exclusion stérique

Spectromètres de résonance paramagnétique électronique (RPE)

Lampes d’irradiation (UV, LED…)

Microtome Leica JungLN20

Réacteur C.V.D.

Réacteurs plasma
(basse pression et pression atmosphérique)

Réacteur plasma multi-entrées

Réacteur plasma horizontal

Réacteur plasma basse pression

Réacteur plasma tournant

Réacteur plasma à pression atmosphérique

Principales collaborations

Institut Charles Sadron (Strasbourg, France)

Institut Jean-Lamour (Nancy, France)

Institut de Chimie Radicalaire (Marseille, France)

University of Pittsburgh (Etats-Unis)

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg (Allemagne)

Luxembourg Institute of Science and Technology (Luxembourg)

Huaiyin Institute of Technology (Chine)

Quantapplic CEO (Germany)

Carmegie Mellon University (Etats-Unis)