Contrôle de la structure et des propriétés des mélanges de polymères par la chimie supramoléculaire // Controlling the structure and properties of polymer blends with supramolecular chemistry

La plupart des polymères recyclés ne sont pas économiquement viables pour des applications de valeur égale en raison des coûts et des limitations des technologies actuelles de remise en forme. En particulier, le polypropylène (PP) et les différentes gammes de polyéthylène (PE) ne sont pas largement recyclés bien que ces polymères soient les plus produits aujourd'hui. Le principal défi réside dans le fait que les objets fabriqués à partir de polyoléfines sont difficiles à trier. Ainsi, les polyoléfines récupérées contiennent un mélange de PP et de PE. Ces mélanges ne peuvent pas être directement fondus et mélangés, remis en forme et réutilisés car l'alliage résultant présente de mauvaises propriétés physiques. Le PP et le PE subissent une séparation de phases à l'échelle macroscopique, affichant une morphologie qui dépend du traitement thermique subi. De plus, il y a une adhésion interfaciale minimale entre les deux phases.

Les mélanges de PP et de PE ne sont qu'un exemple de ce problème. De nombreuses autres applications, telles que les films multicouches, les dispositifs biomédicaux et l'impression 3D, comportent des interfaces entre des polymères incompatibles. Tous ces systèmes sont confrontés au même défi fondamental : comment pouvons-nous améliorer l'adhésion interfaciale entre des polymères incompatibles pour améliorer les propriétés mécaniques du matériau final ? En effet, il existe de nombreuses stratégies conventionnelles pour résoudre ce problème, telles que les techniques réactives et non réactives pour améliorer la compatibilité entre les polymères. Cependant, toutes ces approches sont confrontées à des compromis difficiles entre coût et performance.

Dans ce contexte, l'équipe de Chimie et Design Macromoléculaire (CDM) du laboratoire de Chimie Moléculaire, Macromoléculaire, Matériaux (C3M) à l'ESPCI Paris – PSL est profondément impliquée dans la découverte de nouvelles stratégies fondamentales pour générer de l'adhésion entre des polymères incompatibles. Nous nous intéressons particulièrement aux polymères supramoléculaires [refs 1-4] et à la séparation de phases [refs 5 et 6] comme outils pour contrôler les propriétés macroscopiques des matériaux. Dans cette thèse, nous visons à combiner ces concepts. Nous proposons de développer de nouveaux additifs supramoléculaires qui contrôlent la structure et les propriétés des mélanges de polymères incompatibles. Une attention particulière sera accordée aux polymères semi-cristallins en raison de leur importance dans de nombreuses applications. Cette thèse couvrira un large éventail de sujets en chimie et en science des matériaux, incluant la synthèse organique, la chimie supramoléculaire, le traitement des polymères, les études morphologiques, les propriétés d'écoulement et les tests mécaniques.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Most recycled polymers are not economically viable for use in equal value applications because of the costs and limitations of current reprocessing technology. In particular, polypropylene (PP) and the numerous grades of polyethylene (PE) are not widely recycled despite being the most produced polymers today. The main challenge is that objects made from polyolefins are difficult to rapidly sort. Thus, recovered polyolefins contain a mixture of PP and PE that cannot be directly melt-blended, reshaped, and reused because the resulting alloy has poor physical properties. The PP and PE undergo macrophase separation, exhibiting a morphology that is highly sensitive to the processing history. Moreover, there is minimal interfacial adhesion between the two phases.

Blends of PP and PE represent only one example of this problem. Many other applications, such as multi-layer films, biomedical devices, and additive manufacturing, entail interfaces between incompatible polymers. All of these systems are subject to the same underlying fundamental challenge: how can we enhance the interfacial adhesion between incompatible polymers to improve the mechanical properties of the final material? Indeed, there are many conventional strategies for addressing this problem, such reactive and non-reactive techniques to improve compatibility between polymers. However, all of these approaches are faced with difficult trade-offs of cost and performance.

In this context, the team of Chimie et Design Macromoléculaire (CDM) in the laboratory of Chimie Moléculaire, Macromoléculaire, Matériaux (C3M) at the ESPCI Paris – PSL is deeply invested in uncovering new fundamental strategies for generating adhesion between incompatible polymers. We are particularly interested in supramolecular polymers [refs 1-4] and phase separation [refs 5 and 6] as tools to control the macroscopic properties of materials. In this thesis, we aim to combine these concepts. We propose to develop new supramolecular additives that control the structure and properties of blends of incompatible polymers. A special focus will be given to semi-crystalline polymers because of their importance in many applications. This thesis will cover a broad range of topics in chemistry and material science, ranging from organic synthesis, supramolecular chemistry, polymer processing, morphological studies, flow properties, and mechanical testing.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://www.c3m.espci.fr/-Equipe-Chimie-et-Design-Macromoleculaire-CDM-

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL)

397 Physique et Chimie des Matériaux

Nous recherchons des candidat(e)s ayant une forte motivation pour la recherche fondamentale dans les domaines de la chimie supramoléculaire et de la science des matériaux. Nous attendons des candidat(e)s qu'ils/elles aient une expérience préalable en synthèse organique. Une expérience en spectroscopie FTIR, en microscopie électronique, en rhéologie et/ou en tests mécaniques serait appréciée. La capacité à travailler et à rédiger en anglais sera fortement appréciée.
We are looking for candidates who have strong motivation for doing fundamental research in the domains of supramolecular chemistry and material science. We expect candidates to have some previous experience in organic synthesis. We appreciate if the candidate has any previous experience with FTIR spectroscopy, electron microscopy, rheology, and/or mechanical testing. The ability work and write in English is highly appreciated.