Itaconic acid : from oligomers to soft granular particles, towards greener thickeners

Acide itaconique : des oligomères aux particules granulaires souples, vers des épaississants plus écologiques Actuellement, les agents épaississants utilisés dans les formulations cosmétiques sont principalement des polymères à base d'huile tels que le poly(acide acrylique) ou le poly(acrylamide). Le développement de particules molles biosourcées alternatives aux propriétés équivalentes représente un défi majeur pour l'industrie cosmétique. L'acide itaconique (ITA) a été identifié comme l'un des éléments chimiques les plus prometteurs dérivés de ressources renouvelables. Cependant, des recherches antérieures sur l'homopolymérisation radicalaire de l'ITA en milieu aqueux ont montré une cinétique lente, une faible conversion et des polymères de faible poids moléculaire. Les objectifs de ce projet de thèse étaient de surmonter la limite de la polymérisation radicalaire de l'acide itaconique, de concevoir des particules molles biosourcées innovantes à base d'ITA, d'étudier en profondeur leurs propriétés épaississantes dans l'eau, pour des applications potentielles comme agents épaississants en cosmétique.Dans une première partie, nous avons étudié le diagramme de solubilité des monomères qui était l'une des principales limitations de la polymérisation radicalaire de l'ITA dans l'eau. En particulier, la température et le degré d'ionisation ont été étudiés, en tant que paramètres cruciaux pour atteindre les conditions optimales pour augmenter le taux de polymérisation et la conversion. Les résultats expérimentaux démontrent qu'une conversion complète peut être obtenue dans un temps relativement court en utilisant la forme semi-neutralisé de l'ITA. Cependant, le poids moléculaire du poly(acide itaconique) synthétisé (pITA) reste limité (Mw < 50 kg/mol).Dans une deuxième partie, différentes stratégies de synthèse pour l'élaboration de particules molles d'ITA ont été explorées. Tout d'abord, une approche simple pour fabriquer des hydrogels granulaires biosourcés à partir d'acide itaconique a été développée par fragmentation mécanique d'hydrogels de pITA. Leurs propriétés en suspension aqueuse ont été étudiées en utilisant la rhéologie stationnaire et oscillatoire et la microscopie confocale. Les effets de la concentration en polymère et du degré d'ionisation sur les propriétés microstructurales et le comportement rhéologique ont été étudiés. Les hydrogels granulaires résultants présentent une architecture légèrement ramifiée, une large distribution granulométrique et des formes hétérogènes.Dans une troisième partie, une stratégie et des procédés alternatifs ont été explorés pour améliorer la compréhension des phénomènes de percolation/fragmentation dans un processus continu. Une stratégie innovante a été proposée, basée sur la synthèse d'un oligomère téléchélique de pITA avec une fonctionnalité de chaîne terminale vinylique contrôlée (α,ω). Cette approche vise à permettre un contrôle précis de l'extension de chaîne et de la structure des réseaux de gels grâce à la post-réaction du précurseur téléchélique en utilisant la chimie thiol-ène. Enfin, la fragmentation des hydrogels de pITA par extrusion à double vis a été tentée.Les résultats soulignent le potentiel de l'ITA en tant que monomère durable dans la chimie des polymères et introduisent de nouvelles méthodes pour développer des hydrogels granulaires aux propriétés adaptées, contribuant ainsi à l'avancement de la chimie verte et des matériaux renouvelables.