Design and Characterization of Double Dynamic Networks Based on Boronic Ester and Imine Dynamic Covalent Bonds - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2021

Design and Characterization of Double Dynamic Networks Based on Boronic Ester and Imine Dynamic Covalent Bonds

La Conception et Analyse de Réseaux Doubles Dynamiques à Base de Liaisons Covalentes Dynamiques Ester Boronique et Imine

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Abstract

Dual dynamic networks (DDNs) are polymeric materials that combine two (or more) distinct crosslinkers in one system. By coupling different crosslinking strategies, precisely tailored materials can be designed. This thesis explores the implementation of the vitrimer concept into DDNs. Elastomeric vitrimers consisting of two interpenetrated dynamic networks that rely on boronic ester metathesis and on imine-aldehyde exchange, respectively, were designed to this aim. Both reactions proceed via a degenerate mechanism and are orthogonal to each other. By the engagement of two types of dynamic covalent crosslinks, two distinct dynamics are established in each subnetwork. To obtain and evaluate the final DDN, the respective subnetworks were synthesized beforehand, and characterized as single networks. The characteristics of the single networks were tailored individually to fulfill their specific needs in terms of dynamic behavior, processability and dimensional stability. These properties were adjusted by changing the molar mass of the thermoplastic precursors, their degree of functionality, their crosslinking density, or the lifetime of the dynamic bonds. The two networks were successfully united into a DDN. In a comparative study, insights were obtained how the individual subnetworks contribute to the DDN’s properties, and whether synergetic effects arise. In fact, the interpenetrated nature of the vitrimer DDN allows increasing at the time creep resistance and elongation at break, which is really challenging to achieve, yet highly desirable for most elastomers. Over and beyond, the obtained materials show great potential for mechanical and chemical recycling.
Les réseaux dynamiques doubles (RDD) sont des matériaux polymères qui combinent deux agents de réticulation distincts (ou plus) dans un seul système. En couplant différentes stratégies de réticulation, des matériaux sur mesure peuvent être conçus. Cette thèse explore la mise en œuvre du concept de vitrimère dans les RDD. Des élastomères vitrimères constitués de deux réseaux dynamiques interpénétrés reposant respectivement sur la métathèse des esters boroniques et sur l’échange imine-aldéhyde ont été conçus dans ce but. Les deux réactions procèdent selon un mécanisme dégénéré et sont orthogonales l’une à l’autre. Par l’utilisation de deux réticulations dynamiques différentes, deux dynamiques distinctes sont établies dans le réseau. Pour obtenir et évaluer le RDD final, les sous-réseaux respectifs ont été synthétisés au préalable et caractérisés en tant que réseaux simples. Les caractéristiques des réseaux simples ont été adaptés individuellement pour répondre à leurs besoins spécifiques en termes de comportement dynamique, de mise en œuvre et de stabilité dimensionnelle. Ces propriétés ont été ajustées en modifiant la masse molaire des précurseurs thermoplastiques, leur taux de fonctionnalité, leur densité de réticulation ou le temps de vie des liens dynamiques. Les deux réseaux ont été réunis avec succès en un RDD. Une étude comparative a permis de comprendre comment les sous-réseaux individuels contribuent aux propriétés du RDD, et si des effets synergiques sont obtenus. Dans les faits, la structure interpénétrée du vitrimère RDD permet d’augmenter à la fois la résistance au fluage et l’allongement à la rupture, ce qui est particulièrement difficile à réaliser, mais hautement souhaitable pour la plupart des élastomères. Au-delà, les matériaux obtenus ont montré un très fort potentiel pour le recyclage mécanique et chimique.
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Dates and versions

tel-03893416 , version 1 (11-12-2022)

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  • HAL Id : tel-03893416 , version 1

Cite

Larissa Hammer. Design and Characterization of Double Dynamic Networks Based on Boronic Ester and Imine Dynamic Covalent Bonds. Polymers. Université Paris sciences et lettres, 2021. English. ⟨NNT : 2021UPSLS077⟩. ⟨tel-03893416⟩
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