Films d’hydrogels stimulables

Stratégie de synthèse

La synthèse de films de polymère peut être réalisée par polymérisation radicalaire directe sur un substrat fonctionnalisé. Cependant la voie de synthèse radicalaire est très sensible à l’oxygène et donc au contrôle de l’atmosphère lors de la réaction. De plus, nous travaillons avec des films fins qui présentent un rapport surface sur épaisseur très élevé, ce qui augmente fortement la sensibilité à ce phénomène. La méthode CLAG (CrossLinking And Grafting) développée au laboratoire consiste en la réticulation et le greffage simultanés de chaînes de polymères préalablement synthétisées. La réaction choisie pour la méthode CLAG est la chimie click thiol-ène [49] présentée en Figure II 1. Cette réaction peut être activée par voie thermique ou par irradiation UV (à 254 nm sans besoin de photoamorceurs). La synthèse CLAG permet donc de travailler dans des conditions moins contraignantes que celles nécessaires pour la synthèse de films d’hydrogel à partir de monomères [50]. Figure II 1 Représentation de la chimie de la réaction click thiol-ène. La méthode CLAG repose donc sur la réticulation et le greffage simultanés du polymère sur le substrat. Les chaînes de polymères sont fonctionnalisées avec des fonctions « ène » et Films d’hydrogels stimulables 24 le réticulant utilisé est le dithiolerythritol. Le réticulant est introduit largement en excès (quinze équivalents) pour assurer une conversion totale des fonctions « ène » disponibles dans le polymère. Les substrats doivent donc être préalablement fonctionnalisés avec des thiols afin de pouvoir également réaliser des liaisons covalentes grâce à la chimie click thiolène. C’est cette double étape de réticulation/greffage simultanée qui est à la base de la synthèse CLAG. La stratégie de synthèse est schématisée Figure II 2. Figure II 2 Stratégie de synthèse par méthode CLAG du film d’hydrogel.

Synthèse des polymères fonctionnalisés

Dans cette partie nous présentons la synthèse puis la fonctionnalisation du copolymère de poly(NIPAM-co-AA) utilisé pour la synthèse des films d’hydrogel stimulables. Les polymères synthétisés sont ensuite purifiés et caractérisés en spectroscopie RMN. 1. Synthèse du copolymère poly(NIPAM-co-AA) Dans le chapitre précédent, nous avons décrit différentes familles de polymères aux comportements stimulables. Nous nous intéressons maintenant en particulier aux polymères à LCST. Dans notre étude nous nous sommes principalement concentrés sur l’utilisation du pNIPAM comme hydrogel stimulable qui est largement décrit dans la littérature [30][51][52]. La synthèse contrôlée des chaînes linéaires de pNIPAM fonctionnalisées partiellement par des fonctions « ène » a été l’objet du travail de thèse de de Mengxing Li [53] au laboratoire SIMM. Pour cela on procède à la copolymérisation statistique des monomères NIPAM avec de l’acide acrylique par voie radicalaire conventionnelle. La réaction de polymérisation est initiée par le couple oxydo-réducteur persulfate d’ammonium/métabisulfite de sodium qui permet d’ajuster facilement la longueur des chaînes avec la concentration du couple oxydo-réducteur. Le pH est ajusté à 5 avant l’introduction de l’agent de couplage afin d’avoir une conversion maximale [54]. Une fois la réaction achevée la solution est dialysée pendant 5 jours dans l’eau pure dans des 25 ballons de pores de tailles 6000-8000 daltons. Après cette purification le polymère est récupéré par lyophilisation. Figure II 3 Représentation de la réaction de copolymérisation du NIPAM et de l’AA La masse molaire moyenne en masse Mw et la dispersité 𝐷 = ெೢ ெ೙ des copolymères obtenus sont caractérisées par chromatographie GPC (Gel Permeation Chromatography). On obtient une masse molaire de 427 kg.mol-1 avec une dispersité de 2,1. Les mesures sont réalisées avec des colonnes OHpak SB-806M HQ avec comme éluant une solution aqueuse de NaNO3 à 0,2 mol.L-1 à un débit de 0,7 mL.min-1. Les expériences sont réalisées à 28°C, c’est-à-dire à une température inférieure à la LCST du pNIPAM pour éviter la séparation de phase. Une analyse RMN 1 H (Bruker 400 MHz) est réalisée pour vérifier la pureté du polymère obtenu à la fin des étapes de purification. Le spectre obtenu est présenté en Figure II 4. Figure II 4 Spectre RMN 1 H du poly(NIPAM-co-AA) dans D2O synthétisé par polymérisation radicalaire conventionnelle. 2. Fonctionnalisation du copolymère On réalise ensuite la fonctionnalisation du polymère par des groupements alcènes. Lors de cette étape, on modifie les fonctions acides carboxyliques de l’acide acrylique par réaction avec l’allylamine. On utilise les agents de couplage 1-(3-diméthyl- 26 aminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC) /N-hydroxysuflo-succinimide (NHS). La réaction est réalisée dans une solution de polymère concentrée à environ 3-5% massique et à pH 4,5 afin de maximiser l’efficacité des agents de couplage. Figure II 5 Représentation de la réaction de fonctionnalisation de l’acide acrylique par l’allylamine. Une fois la fonctionnalisation effectuée, le polymère est purifié par dialyse et récupéré par lyophilisation pour la conservation. Le ratio molaire initial entre la quantité de NIPAM et d’AA est 95/5. La réaction de fonctionnalisation présentée en Figure II 5 n’a pas un rendement de 100%. Afin de caractériser le taux de fonctionnalisation effectif des polymères synthétisés on détermine le ratio molaire de fonction « -ène » par spectroscopie RMN 1 H (Bruker 400 MHz). Le solvant utilisé pour la RMN est de l’oxyde de deutérium (D2O).