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

Lavinia BALAN
Chargée de recherche
CV

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

Jean-Michel BECHT
Maître de conférences
CV

Abraham CHEMTOB
Maître de conférences
CV

Céline DIETLIN
Maître de conférences
CV

Claude LE DRIAN
Professeur
CV

Bernadette GRAFF
Ingénieur d’études
CV

Dimitri IVANOV
CV

Philippe KUNEMANN
Assistant ingénieur
CV

Jacques LALEVEE
Professeur
CV

Fabrice MORLET-SAVARY
Chargé de recherche
Co-animateur  
CV

Lydie PLOUX
Chargée de recherche
CV

Julien POLY
Maître de conférences
CV

Vincent ROUCOULES
Professeur
Directeur adjoint IS2M  
CV

Thèmes de recherche

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.

Publications :

Lalevée, J., Telitel, S., Tehfe, M. A., Fouassier, J. P., Curran, D. P. and Lacôte, E. Angew. Chem. Int. Ed., 2012 51 : 5958–5961. DOI : 10.1002/anie.201200975
Dietlin, C., Schweizer, S., Xiao, P., Zhang, J., Morlet-Savary, F., Graff, B., Fouassier, J.-P. and Lalevee, J. Polym. Chem. 2015, 21, 3895 DOI : 10.1039/C5PY00258C
Xiao, P., Zhang, J., Dumur, F., Tehfe, M.A., Morlet-Savary, F., Graff, B., Gigmes, D., Fouassier, J.P. and Lalevee, J. Prog. Polym. Sci. 2015, 41, 32 DOI : 10.1016/j.progpolymsci.2014.09.001

Photopolymérisations en milieu dispersé

 A. Chemtob*, J. Lalevée, J. Poly

*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.

Publications :
Soumis en janvier 2017, 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. J. Poly, J. Lalevée, A. Chemtob* et al.

Ingénierie macromoléculaire photo-induite

 A.Chemtob, J. Lalevée, F. Morlet-Savary, J. Poly*

*Contact : julien.poly@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’efficacité des réactions développées, notamment ATRP photocatalysée ou RAFT couplée à une photolyse réversible de l’agent de transfert, repose sur des catalyseurs et agents de transfert originaux et s’appuie sur la compréhension fine des mécanismes impliqués. En particulier, le contrôle temporel de la réaction permet une réversibilité photo-induite des réactions de terminaison et de réamorçage.

Reprinted with permission from [Photocatalyzed Cu-Based ATRP Involving an Oxidative Quenching Mechanism under Visible Light; Q. Yang, F. Dumur, F. Morlet-Savary, J. Poly,* and J. Lalevée; Macromolecules 2015, 48 (7), 1972-1980; DOI: 10.1021/ma502384y]. Copyright 2015 American Chemical Society.

Reproduced from [Investigation into the mechanism of photo-mediated RAFT polymerization involving the reversible photolysis of the chain-transfer agent; B. Cabannes-Boué, Q. Yang, J. Lalevée, F. Morlet-Savary, and J. Poly;* Polymer Chemistry 2017, 8, 1760-1770; DOI: 10.1039/C6PY02220K] with permission from the Royal Society of Chemistry.

Publications :

Yang, Q., Balverde, S., Dumur, F., Lalevee, J. and Poly, J. Polym. Chem. 2016, 7, 6084 DOI : 10.1039/c6py01443g
Yang, Q., Lalevee, J. and Poly, JMacromolecules 2016, 49, 7653 DOI : 10.1021/acs.macromol.6b01808
Yang, Q., Dumur, F., Morlet-Savary, F., Poly, J. and Lalevee, J. Macromolecules 2015, 48, 1972 DOI : 10.1021/ma502384y

Polymérisation assistée par plasma

A. Airoudj, F. Bally-Le Gall, P.Kunemann, 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.

Reprinted with permission from Brioude, M. M., Laborie, M.-P., Airoudj, A., Haidara, H. and Roucoules, V. (2014), Controlling the Morphogenesis of Needle-Like and Multibranched Structures in Maleic Anhydride Plasma Polymer Thin Films. Plasma Process. Polym., 11 : 943–951. doi:10.1002/ppap.201400057.

Reprinted with permission from P. Samyn, M.-P. Laborie, A. P. Mathew, A. Airoudj, H. Haidara, and V. Roucoules, Metastable Patterning of Plasma Nanocomposite Films by Incorporating Cellulose Nanowhiskers, Langmuir 2012 28 (2), 1427-1438, DOI : 10.1021/la202503h. Copyright 2012 American Chemical Society.

Publications :

Brioude, M.D., 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, K. Anselme, F. Bally-Le Gall*, T. Petithory, L. Ploux,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 :

ANR JCJC INTHERMO (smart INterfaces with THERMO-reversible properties) 2016-2019
Projet Idex avec l’Université de Strasbourg (collaboration avec Pr. Pierre Schaaf) 2015-2017
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 antibactériennes

A. Airoudj, L. Balan, P. Kunemann, L. Ploux*, V. Roucoules

*Contact : lydie.ploux@uha.fr

Nos activités sur le développement de nouveaux revêtements antibactériens reposent sur des approches préventives ou biocides, capables de répondre avec précision aux besoins de durabilité (résistance au vieillissement, délivrance de principe actif sur une longue période) et de limitation des risques sanitaires et environnementaux (maîtrise des nano-objets, contrôle des doses libérées). L’originalité porte sur le développement de stratégies permettant de limiter la libération de molécules antibactériennes mais toxiques, en privilégiant des stratégies préventives originales basées sur les propriétés mécaniques de surface et des stratégies biocides, avec libération sous stimuli d’agent antibactérien ou venant en appui d’une stratégie préventive.

Reproduced from Ref. N. Cottenye, M. Syga, S. Nosov, A. H. E. Müller, L. Ploux and C. Vebert-Nardin, Chem. Commun., 2012, 48, 2615. DOI : 10.1039/C2CC17487A with permission from the Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) and The Royal Society of Chemistry

Reprinted with permission from Kulaga, E., Ploux, L., Balan, L., Schrodj, G. and Roucoules, V. (2014), Mechanically Responsive Antibacterial Plasma Polymer Coatings for Textile Biomaterials. Plasma Process. Polym., 11 : 63–79. doi:10.1002/ppap.201300091

Publications :
N. Cottenye, K. Anselme, L. Ploux, C. Vebert‐Nardin, Adv. Funct. Mater., 22 : 4891–4898 (2012)  DOI :10.1002/adfm.201200988
E. Kulaga, L. Ploux, L. Balan, G. Schrodj, V. Roucoules, Plasma Process. Polym. Vol. 11, pp. 63-79 (2014) DOI :10.1002/ppap.201300091
E. Kulaga, L. Ploux, V. Roucoules, Polymer Degradation and Stability Vol. 116(0), pp. 1-13 (2015) DOI :10.1016/j.polymdegradstab.2015.02.011

Physico-Chimie des Systèmes Nanocomposites

L. Balan*, D. Ivanov

*Contact:lavinia.balan@uha.fr

La lumière et les réactions photochimiques son utilisées comme outils très puissants et originaux pour la synthèse froide de nanoparticules à morphologie définie (métaux, QDs, oxydes métalliques) et de nanocomposites. Cette approche permet en outre le contrôle temporel et spatial des processus. Des photo(nano)matériaux multifonctionnels innovants sont obtenus grâce au photoassemblage 3D de nanoparticules métalliques dans différentes matrices organiques et inorganiques. Ces nouveaux nanomatériaux répondent à des problématiques très actuelles de miniaturisation et d’intégration dans des domaines tels que la catalyse, l’optique, le stockage de CO2 ou de H2, la dépollution, la biologie. Enfin, nous développons une plateforme expérimentale pour la caractérisation in situ de nano-objets comprenant plusieurs techniques physico-chimiques telles que la nanocalorimétrie, la diffusion des rayons X et la diffraction en incidence rasante utilisant des nano-faisceaux. Cette plateforme permet d’étudier les processus de formation de structure ou d’organisation/re-organisation complexes dans des systèmes très variés allant de polymères semicristallins jusqu’au systèmes supramoléculaires et matériaux hybrides. (polymères semicristallins, assemblages supramoléculaires et matériaux hybrides).

Publications :

M. Zaier, L. Vidal, S. Hajjar-Garreau, L. Balan Scientific Report 2017 7,  12410 DOI :10.1038/s41598-017-12617-8
Zhang, C.H., Mumyatov, A., Langner, S., Perea, J.D., Kassar, T., Min, J., Ke, L.L., Chen, H.W., Gerasimov, K.L., Anokhin, D.V., Ivanov, D.A., Ameri, T., Osvet, A., Susarova, D.K., Unruh, T., Li, N., Troshin, P. and Brabec, C.J. Adv. Energ. Mater., 2017, 7, 1601204 DOI : 10.1002/aenm.201601204
Dolgopolov, A., Grafskaia, K.N., Anokhin, D.V., Demco, D.E., Zhu, X., Ivanov, D.A. and Moller, M.Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, 19, 7714-7720 DOI : 10.1039/c6cp08087a
WO2016151141A1 (EP 3073321 A1) L. Balan « Metal-polymer composite material » extension PCT/EP2016/056726

 

Equipements spécifiques

Réacteurs plasma
(basse pression et pression atmosphérique)

Lampes d’irradiation (UV, LED…)

Imprimante 3D

Spectrophotomètres d’absorption UV-visible

Fluorimètre

Montage de photolyse laser éclair (LFP)

Spectromètres de résonance paramagnétique électronique (RPE)

Spectromètres FT-IR

Chromatographes d’exclusion stérique

Equipements de culture microbiologique

Applicateur automatique bar coaters et flexo

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)