Conception et formulation de vitrimères époxy-anhydride à relaxation accélérée

Des matrices thermodurcissables à haute température de transition vitreuse (Tg) sont désirables pour la production de composites, matériaux à la fois mécaniquement résistants et légers. La chimie des époxydes offre une grande variété de solutions adaptées à des cahiers des charges souvent très spécifiques en terme de mise en œuvre, qualités à l'usage et cycle de vie. Cette même chimie est à l'origine de l'invention des vitrimères, réseaux polymères comportant des liens échangeables thermo-activés. Cette caractéristique leur permet de s'écouler à haute température, au contraire des thermodurcissables classiques. Dès les travaux pionniers sur les vitrimères, l'utilisation de formulations époxy-acide et époxy-anhydride a été proposée comme moyen d'obtenir un réseau à liens échangeables par transestérification. La chimie époxy-anhydride est plus performante en terme de transition vitreuse et compatible avec les techniques de mise en œuvre telle que le moulage par transfert de résine ou l'infusion. Cependant, elle n'offre qu'une quantité limitée et non contrôlée de fonctions hydroxyle, nécessaires à la transestérification. Pour accélérer les réactions d'échange tout en préservant les possibilités de mise en œuvre et la Tg élevée, notre stratégie a été d'identifier les réactions secondaires promotrices de fonctions hydroxyle et d’enrichir la formulation afin d’en assurer une concentration élevée, indépendante des réactions secondaires. La solution développée passe par la conception et la synthèse d'une molécule tétrahydroxylée rigide, non volatile et non viscosifiante, capable de prendre part à la formation du réseau et, une fois celui-ci synthétisé, aux réactions d'échange. L'étude thermo-rhéologique depuis le mélange réactif initial, liquide, jusqu'au réseau final, vitreux, a été conduite sur une large gamme de fréquences et de températures. Un effort méthodologique particulier a été nécessaire, compte tenu du spectre rhéologique très large et l'évolution dans le temps de ces matériaux. Enfin, ces réseaux ont été dissociés par dépolymérisation dans un solvant réactif pour obtenir une solution contenant des molécules d'intérêt à la fois sur le plan analytique, en révélant la nature de réactions secondaires survenues durant la synthèse ou le vieillissement du réseau, et sur le plan technologique, en restituant des synthons potentiellement réutilisables.