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1. Zoller, Alexander. Development and kinetic modeling of resins for advanced thermoplastic polymer composite materials : Développement et modélisation cinétique de résines pour des matériaux composites avancés à base de polymères thermoplastiques.

Degree: Docteur es, Sciences chimiques, 2016, Aix Marseille Université

L’objectif de cette thèse est de développer un matériau à base de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) amorcé par une réaction redox à température ambiante pour produire des composites thermoplastiques. Plus particulièrement, notre travail a consisté à étudier le mécanisme d’amorçage afin d’améliorer la formulation de la résine en terme de cinétique de polymérisation. Afin d’atteindre cet objectif, les paramètres d’Arrhenius de la décomposition d’amorceur ont été déterminés et intégrés dans un modèle de simulation numérique décrivant la polymérisation du MMA à température ambiante développé à l’aide du logiciel PREDICI. Basé sur cette simulation, des différents paramètres ont été testés dans le but de diminuer le temps de polymérisation. En complément de la détermination des paramètres du système d’amorçage, une étude de copolymérisation avec un grand nombre de comonomères a été effectuée. Cette étude a conduit à l’identification d’un monomère permettant d’accélérer la vitesse de polymérisation : le méthacrylate d’acetoacetoxyethyle (AAEMA). Une étude cinétique de ce monomère a été réalisée avec l’identification du coefficient de la vitesse de propagation kp ainsi que les paramètres de copolymérisation avec MMA, rMMA et rAAEMA. Les paramètres cinétiques, qui ont été déterminés expérimentalement, ont été vérifiés par une simulation numérique de copolymérisation de MMA et AAEMA.

Composite materials are used for decades as high-performance materials in industry. Up to date these materials were based on non-recyclable thermoset polymers. Nowadays, environmental and economical restrictions enhance the development of recyclable composite materials. For answering that demand, research focuses on the development of recyclable thermoplastic polymer composites. Within this context, the work of this thesis focuses on the development of a material based on a poly(methyl methacrylate) (PMMA) resin initiated with a redox initiation system at room temperature in order to prepare thermoplastic composites. More precisely, our work consisted of studying this initiation system and to improve the kinetics of the resin formulation. For that purpose, the Arrhenius parameters of the initiator decomposition reaction were determined and implemented in a simulation model that describes the polymerization of MMA at room temperature. Based on the simulation carried out on the software PREDICI, several conditions were tested aiming in the decrease of the polymerization times. Besides investigating parameters concerning the initiation system, a copolymerization study, using a large variety of comonomers, was conducted. This study led to the identification of an interesting fast polymerizing methacrylate: acetoacetoxyethyl methacrylate (AAEMA). The kinetics of this monomer were studied including the determination of the propagation rate coefficient kp and the copolymerization parameters with MMA rMMA and rAAEMA. The determined kinetic parameters were finally verified by a copolymerization simulation of MMA and AAEMA.

Advisors/Committee Members: Gigmes, Didier (thesis director).

Subjects/Keywords: Polymérisation radicalaire; Méthacrylate de méthyle; Polymérisation à température ambiante; Amorçage par BPO/amine; Modélisation cinétique; Predici; Détermination de coefficient de réaction; Radical polymerization; Methyl methacrylate; Room-Temperature polymerization; BPO/amine initiation; Kinetic modeling; Predici; Determination of reaction coefficients

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APA (6th Edition):

Zoller, A. (2016). Development and kinetic modeling of resins for advanced thermoplastic polymer composite materials : Développement et modélisation cinétique de résines pour des matériaux composites avancés à base de polymères thermoplastiques. (Doctoral Dissertation). Aix Marseille Université. Retrieved from http://www.theses.fr/2016AIXM4728

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Zoller, Alexander. “Development and kinetic modeling of resins for advanced thermoplastic polymer composite materials : Développement et modélisation cinétique de résines pour des matériaux composites avancés à base de polymères thermoplastiques.” 2016. Doctoral Dissertation, Aix Marseille Université. Accessed February 27, 2020. http://www.theses.fr/2016AIXM4728.

MLA Handbook (7th Edition):

Zoller, Alexander. “Development and kinetic modeling of resins for advanced thermoplastic polymer composite materials : Développement et modélisation cinétique de résines pour des matériaux composites avancés à base de polymères thermoplastiques.” 2016. Web. 27 Feb 2020.

Vancouver:

Zoller A. Development and kinetic modeling of resins for advanced thermoplastic polymer composite materials : Développement et modélisation cinétique de résines pour des matériaux composites avancés à base de polymères thermoplastiques. [Internet] [Doctoral dissertation]. Aix Marseille Université 2016. [cited 2020 Feb 27]. Available from: http://www.theses.fr/2016AIXM4728.

Council of Science Editors:

Zoller A. Development and kinetic modeling of resins for advanced thermoplastic polymer composite materials : Développement et modélisation cinétique de résines pour des matériaux composites avancés à base de polymères thermoplastiques. [Doctoral Dissertation]. Aix Marseille Université 2016. Available from: http://www.theses.fr/2016AIXM4728

2. Tardy, Antoine. Limites et potentiels de la polymérisation radicalaire par ouverture de cycle pour la synthèse de polyesters : Limits and Potential of the Radical Ring-Opening Polymerization for the Synthesis of Polyesters.

Degree: Docteur es, Sciences chimiques, 2014, Aix Marseille Université

La Polymérisation Radicalaire par Ouverture de Cycle (R-ROP) est une méthode de synthèse de polymères contenant des fonctions chimiques de choix dans le squelette carboné grâce à un mécanisme d'addition-fragmentation. L'utilisation de monomères spécifiques, les Acétals Cétènes Cycliques (CKA), permet dans certaines conditions l'obtention de polyesters aliphatiques dont la propriété de (bio)dégradation présente de nombreuses applications. Cette méthode relativement peu étudiée depuis les années 1980 présente un fort potentiel mais également de nombreuses limites. Ce travail de thèse a consisté à comprendre l'origine de ces limites pour tenter d'y apporter des solutions, grâce à une approche combinée expérience-théorie.Nous avons montré que l'obtention exclusive de polyesters découle d'une compétition cinétique et que le comportement des différents monomères s'explique par des interactions orbitalaires dépendant de la géométrie, la flexibilité et la substitution des cycles. D'autre part, nous avons mis en évidence l'extrême difficulté de propagation des monomères propageant via des radicaux stabilisés par des cycles aromatiques. Cette faible réactivité inhérente à la double liaison riche en électrons des CKA est également la cause de l'incorporation restreinte des monomères cycliques en copolymérisation avec des monomères vinyliques usuels. La rationalisation de la copolymérisation a été mise à profit pour réaliser des copolymérisations de type statistique et alternée. Enfin, l'étude du contrôle de la R-ROP par les nitroxydes a montré la présence de réactions secondaires propres à ce système et permettant actuellement un contrôle partiel de la polymérisation.

The Radical Ring-Opening Polymerization (R-ROP) is a synthetic pathway to introduce chemical functions into a polymer backbone due to an addition-fragmentation mechanism. Using specific monomers like Cyclic Ketene Acetals (CKA) in the right conditions allows preparing aliphatic polyesters which have numerous applications thanks to their (bio)degradability. This method has been quite faintly investigated since the 1980s and even if it has a great potential, it suffers of numerous limitations. This PhD work consisted in the understanding of those limitations to try bringing solutions to them, with a combined approach of experiments and theory.We first demonstrated that the exclusive preparation of polyesters comes from a kinetic competition. The behavior of the distinct monomers is explained by orbital interactions depending on the geometry, flexibility and substitution of the cycles. Then, we highlighted the extremely difficult propagation of the monomers propagating with stabilized aromatic radicals. This low reactivity inherent to the electron-rich double link of the CKAs is also the cause of low polyester introduction during the copolymerization with usual vinyl monomers. We took advantage of the CKA copolymerization rationalization to realize statistical and alternate copolymerizations. At last, the study of the nitroxide mediated R-ROP demonstrated the…

Advisors/Committee Members: Gigmes, Didier (thesis director).

Subjects/Keywords: Polymérisation Radicalaire par Ouverture de Cycle; Acétal cétène cyclique; Mdp; Bmdo; Polyesters aliphatiques; Modélisation moléculaire; Dft; Simulations PREDICI; Polymérisation radicalaire contrôlée; Nitroxyde; Radical Ring-Opening Polymerization; Cyclic Ketene Acetal; Mdp; Bmdo; A.liphatic polyesters; Molecular modeling; Dft; PREDICI modeling studies; Controlled radical polymerization; Nitroxide

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APA (6th Edition):

Tardy, A. (2014). Limites et potentiels de la polymérisation radicalaire par ouverture de cycle pour la synthèse de polyesters : Limits and Potential of the Radical Ring-Opening Polymerization for the Synthesis of Polyesters. (Doctoral Dissertation). Aix Marseille Université. Retrieved from http://www.theses.fr/2014AIXM4714

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Tardy, Antoine. “Limites et potentiels de la polymérisation radicalaire par ouverture de cycle pour la synthèse de polyesters : Limits and Potential of the Radical Ring-Opening Polymerization for the Synthesis of Polyesters.” 2014. Doctoral Dissertation, Aix Marseille Université. Accessed February 27, 2020. http://www.theses.fr/2014AIXM4714.

MLA Handbook (7th Edition):

Tardy, Antoine. “Limites et potentiels de la polymérisation radicalaire par ouverture de cycle pour la synthèse de polyesters : Limits and Potential of the Radical Ring-Opening Polymerization for the Synthesis of Polyesters.” 2014. Web. 27 Feb 2020.

Vancouver:

Tardy A. Limites et potentiels de la polymérisation radicalaire par ouverture de cycle pour la synthèse de polyesters : Limits and Potential of the Radical Ring-Opening Polymerization for the Synthesis of Polyesters. [Internet] [Doctoral dissertation]. Aix Marseille Université 2014. [cited 2020 Feb 27]. Available from: http://www.theses.fr/2014AIXM4714.

Council of Science Editors:

Tardy A. Limites et potentiels de la polymérisation radicalaire par ouverture de cycle pour la synthèse de polyesters : Limits and Potential of the Radical Ring-Opening Polymerization for the Synthesis of Polyesters. [Doctoral Dissertation]. Aix Marseille Université 2014. Available from: http://www.theses.fr/2014AIXM4714

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