vignette image représentant la thématique "Matériaux polymères dynamiques" de l'équipe P3R - Polymères de Précision par Procédés Radicalaires - ©Marc Guerre

Dynamic polymer materials

Dynamic covalent exchanges introduced into polymer networks is a very attracting strategy as it enables the combination of the easy processing of thermoplastics, and the high durability and resistance of thermosets. Associative dynamic chemistry present in vitrimers is particularly interesting as this class of materials can be reshaped, reprocessed, repaired, or recycled at high temperature while remaining highly infusible and insoluble.

One of our research activities consists in combining our expertise in RAFT polymerisation with the dynamic chemistries of vitrimers to prepare nanostructured copolymers with reinforced properties. We take advantage of our recently developed symmetrical trithiocarbonate derived from 2-cyanopropan-2-yl group to prepare ABA triblock copolymers with different hard/soft ratio resulting in materials with various morphologies such as cubic, cylindrical, gyroid, etc. The dynamic functionalities introduced through simple copolymerisation enable the preparation of dynamically crosslinked nanostructured elastomers with improved thermomechanical resistance while maintaining high recyclability.

image illustrant des copolymères triblocs ABA avec différents rapports entre les phases dures et souples pour former des matériaux présentant diverses morphologies de la thématique "Matériaux polymères dynamiques" de l'équipe P3R - Polymères de Précision par Procédés Radicalaires - ©Marc Guerre
image illustrant une formulation d'origine biosourcée pour un durcisseur adapté de la thématique "Matériaux polymères dynamiques" de l'équipe P3R - Polymères de Précision par Procédés Radicalaires - ©Marc Guerre
image illustrant que les vitrimères à base de cystamine sont plus dynamiques de la thématique "Matériaux polymères dynamiques" de l'équipe P3R - Polymères de Précision par Procédés Radicalaires - ©Marc Guerre

In a second approach, we developed a fully bio-based formulation using vanillin and cystamine, a reactive aliphatic diamine disulfide derived from an amino acid which appears as a suitable hardener in the context of dynamic materials. Our findings revealed that, although cystamine exhibits lower radical concentration at high temperature than the widely used petro-based dynamic hardener (4AFD, 4-aminophenyl disulfide), cystamine-based vitrimers are much more dynamic.
In addition, our study demonstrates that the addition of cystamine in 4AFD-based formulations enables a fine tuning of the exchange dynamics.

With diverse local partners, we are actively involved in the implementation of vitrimer chemistries into high performance composites applications. For instance, we were the first to report a time-temperature-transformation (TTT) diagram for a vitrimer system. This diagram is mandatory to perfectly control the processing and curing parameters during resin transfer moulding (RTM) process.

 

image illustrant la mise en œuvre de chimies vitrimères dans des applications de composites à haute performance de la thématique "Matériaux polymères dynamiques" de l'équipe P3R - Polymères de Précision par Procédés Radicalaires - ©Marc Guerre
image illustrant un diagramme temps-température-transformation pour un système de vitrimère de la thématique "Matériaux polymères dynamiques" de l'équipe P3R - Polymères de Précision par Procédés Radicalaires - ©Marc Guerre

Laboratory members involved in this topic

Mathias Destarac

Faculty staff

1045
P3R team leader
mathias.destarac[at]univ-tlse3.fr
Olivier Coutelier

Faculty staff

1033
olivier.coutelier[at]univ-tlse3.fr
Marc Guerre

Researcher

1045
marc.guerre[at]cnrs.fr
Joséphine de Calbiac

PhD student

1053
josephine.de-calbiac[at]univ-tlse3.fr
Alexis Millan

PhD student

1053
alexis.millan[at]univ-tlse3.fr
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