Thème 1 : conception des liquides ioniques

Synthèse et caractérisation des propriétés chimiques et physico-chimiques des liquides ioniques pour leur association avec des milieux polymères

Responsables : Daniel LEMORDANT, Catherine SANTINI, Mireille TURMINE

Ce thème de recherche aura pour objectif de constituer une base de données regroupant les différents liquides ioniques conventionnellement rencontrés mais également ceux synthétisés à façon. A ce titre, tous les paramètres intrinsèques des liquides concernés (viscosité, masses volumiques, tensions superficielles, activités, etc.) seront mis en commun ainsi que les valeurs des paramètres qui interviennent directement au niveau des réactions chimiques en milieu organique (échelles d’acidité, redox, fenêtres électrochimiques, solubilités, etc.). Dans ce thème, on s’intéressera aux comportements physicochimiques des liquides ioniques, protiques et non protiques, purs et en mélange avec des solvants moléculaires ou des monomères, en tant que milieux réactionnels pour la chimie macromoléculaire et l’électrochimie. Le comportement des édifices supramoléculaires dans ces milieux (micelles de tensioactifs chargés et non chargés ainsi que leurs mélanges, interaction entre tensioactifs et polymères) sera discuté. L’idée est de se constituer une bibliothèque de données chimiques, physicochimiques et thermodynamiques pour une grande variété de liquides ioniques afin d’être en possession de tous les éléments de compréhension nécessaires pour établir les relations entre la structure chimique des liquides ioniques et leur impact sur les matériaux polymères avec lesquels ils peuvent être associés.

Dans ce thème, un des défis qui doit être adressé concerne la toxicité des liquides ioniques. En effet, les LIs focalisent l’attention en raison de leurs potentialités en tant que solvants verts notamment de part leur pression de vapeur négligeable et leur stabilité thermique élevée. Toutefois, leur synthèse met en jeu des réactifs dont l’impact environnemental n’est pas négligeable ce qui remet en cause leur image de solvant vert. Une réflexion doit donc être menée pour mettre en œuvre des procédés de synthèse respectueux de l’environnement de liquides ioniques non toxiques et biodégradables, répondant au règlement REACH (Registrement, Evaluation et Autorisation des substances CHimiques). L’utilisation du milieu CO₂ en condition supercritique est une voie à explorer compte tenu de la solubilité des liquides ioniques dans le dioxyde de carbone dans le domaine d’état dit supercritique. La purification et régénération des liquides ioniques seront également abordées.

Les différents verrous scientifiques traités dans ce premier thème peuvent être résumés ainsi :

• Synthèse des LIs au regard de leur association avec des polymères
• Identification des propriétés thermodynamiques et physico-chimiques (viscosité, tension superficielle, etc)
• Association intervenant dans ce domaine.
• Etude du comportement des LIs dans un milieu réactionnel (chimie macromoléculaire, électrochimie)
• Modélisation des propriétés des LIs
• Compréhension des interactions LIs/polymères
• Relations structure/combinaison (cation, anion, fonctionnalisation) et propriétés du matériau
• Stabilité, toxicité, (bio)dégradation des LIs
• Purification/régénération des LIs
• Solubilisation polymère/solvant

Les équipes de chimistes participantes à ce thème de recherche rassemblent toutes les compétences et expertises pour mener à bien ce thème de recherche et sont présentées dans le Tableau 1.

Tableau 1. Equipes de recherche impliquées dans le thème #1.