PRESENTANT UNE HYDROPHILIE VARIABLE EN FONCTION DU PH

La présente invention concerne une feuille du type comportant une matrice en polymère fluoré et un polymère fixé sur ladite matrice et conférant à la feuille une hydrophilie variable en fonction du pH du milieu dans lequel se trouve la feuille.

La présente invention concerne également une feuille du type comportant une matrice en polymère fluoré et un polymère fixé sur ladite matrice et conférant à ladite feuille une mouillabilité variable vis-à-vis d'un fluide donné en fonction du pH du milieu extérieur et/ou de la température de la feuille.

Les membranes sont, pour la plupart, formées d'une matrice poreuse composée pour l'essentiel de polymère(s). Les membranes en polymère fluoré comme les membranes en poly fluorure de vinylidène (PVDF) sont utilisées pour la filtration de fluides, en particulier de liquides comme l'eau ou les fluides biologiques.

En fonction de la nature du fluide qui doit être filtré, la membrane doit présenter un caractère hydrophile ou hydrophobe afin d'optimiser la filtration.

II est connu de modifier le caractère hydrophile ou hydrophobe d'une membrane en polymère fluoré.

Ainsi, l'article « Surface self-assembled zwitterionization of poly(vinylidene fluoride) microfiltration membranes via hydrophobic-driven coating for improved blood compatibility » publié dans la revue Journal of Membrane Science 454 (2014) (pages 253 à 263) décrit une membrane microporeuse en PVDF sur laquelle un copolymère particulier a été adsorbé. Ce copolymère particulier est un copolymère à blocs formé d'un bloc hydrophobe obtenu à partir d'oxyde de propylène et d'un bloc hydrophile de méthacrylate de sulfobétaïne. La membrane comportant le copolymère précité adsorbé présente une hydrophilie plus importante que la même membrane en PVDF sans copolymère adsorbé.

De même, l'article «Facile surface modification of PVDF microfiltration membrane by strong physical adsorption of amphiphilic copolymers » publié dans la revue Journal of Applied polymer science en 2013 (pages 31 12 à 3121 ) décrit une membrane en PVDF sur laquelle un copolymère P(PEGMA-r- MMA) a été adsorbé. Ce copolymère est un polymère statistique de poly(éthylène glycol) méthacrylate (PEGMA) et poly(méthyl méthacrylate) (PMMA). La membrane obtenue présente une hydrophilie accrue par rapport à une membrane en PVDF ne comportant pas le copolymère précité.

Par ailleurs, il existe des membranes qui sont entièrement formées d'un copolymère présentant une partie pH sensible qui est apte à modifier l'hydrophilie de la membrane. Ainsi, l'article intitulé « Synthesis and Characterization of Poly(vinylidène fluoride) with Grafted Acid/Base Polymer Side Chains" publié dans la revue Macromolecules en 2002, pages 9653-9656, l'article intitulé « Functionnal and Surface-Active Membranes from Poly(vinylidene fluoride)-graft-Poly(acrylic acid) Prepared via RAFT-Mediated Graft Copolymerization »publié en 2004 dans la revue Langmmuir, pages 6032 à 6040 ainsi que l'article intitulé « Synthesis and Characterization of Poly(acrylic acid)-graft-poly(vinylidène fluoride) Copolymers and pH-Sensitive Membranes » publié en 2002 dans la revue Macromolecules, pages 673-679 décrivent de telles membranes.

Comme indiqué dans la publication « Synthesis and Characterization of Poly(vinylidène fluoride) with Grafted Acid/Base Polymer Side Chains" précitée, la fabrication de la membrane à partir d'un copolymère a pour but d'éviter l'obstruction des pores qui risque d'apparaître lors du greffage du polymère fonctionnel (pH sensible ou température sensible) sur la membrane.

Ainsi, l'article « Swellin-induced mesoporous block copolymer membranes with intrinsically active surfaces for size-selective séparation" publié dans la reveue Journal of Chemistry en 2012, pages 20542-20548 et les documents CN 103120903 A et CN 102764600 A décrivent des méthodes de fonctionnai isation de film ou membranes comprenant éventuellement un polymère fluoré selon lesquelles, on forme un film de copolymère pH sensible à la surface du film ou de la membrane. Le greffage du polymère fonctionnel est mis en œuvre au moyen d'un copolymère pouvant être un copolymère à bloc comprenant du poly(méthacrylate de méthyle) ou du polystyrène. Ces méthodes ne sont pas simples à mettre en œuvre et ne permettent pas de greffer des polymères fonctionnels, notamment pH sensible dans toute la membrane mais seulement sur l'une de ses surfaces supérieure et inférieure.

Un but de la présente invention est de proposer une feuille qui comporte un polymère fixé notamment à sa surface et qui lui confère une mouillabilité en particulier une hydrophilie modifiée, par rapport à la même feuille sans ce même polymère fixé, vis-à-vis d'un fluide donné.

Un autre but de la présente invention est de proposer une feuille en polymère fluoré dont l'hydrophilie peut être modifiée ou modulée en fonction du fluide avec lequel elle est en contact.

Un autre but de la présente invention est de proposer une feuille telle que précitée qui présente des propriétés telles que précitées qui sont stables dans le temps.

Un autre but de la présente invention est de proposer une feuille poreuse ou membrane qui comporte à sa surface et/ou à la surface de ses pores, c'est-à-dire dans sa structure poreuse, le polymère précité, celui-ci permettant de lui conférer une mouillabilité donnée, en particulier une hydrophilie donnée, notamment en fonction du pH du milieu dans lequel se trouve la feuille ou la membrane.

La présente invention concerne une feuille du type comportant une matrice comprenant un polymère fluoré et au moins un polymère fixé à ladite matrice du type choisi parmi les copolymères à blocs obtenus à partir d'un premier polymère dit polymère d'ancrage qui est apte à se fixer sur ladite matrice et d'un deuxième polymère dont l'hydrophilie est variable en fonction du pH du milieu dans lequel se trouve ladite feuille. Selon l'invention, de manière caractéristique, ledit polymère d'ancrage est choisi parmi le polyméthacrylate de méthyle, les copolymères de styrène et de polyméthacrylate de méthyle et le polypropylène glycol.

La feuille peut être poreuse et en particulier microporeuse et forme ainsi une membrane.

Ledit polymère fluoré peut être choisi parmi le polyfluorure de vinyle

(PVF), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE), le polyéthylènechlorotrifluoroéthylène (ECTFE), le Nafion et les polymères obtenus à partir d'au moins un monomère choisi parmi le perfluoroalkoxy (PFA), l'éthylène propylène fluoré (FEP), l'éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), le perfluoropolyéther (PFPE) et le perfluoropolyoxéthane.

Ledit deuxième polymère dont l'hydrophilie est variable en fonction du pH dudit fluide peut être obtenu à partir d'au moins un monomère présentant une forme acide protonée et une forme non protonée qui confèrent chacune audit deuxième polymère une hydrophilie différente.

Le deuxième polymère dont l'hydrophilie est variable en fonction du pH peut être choisi parmi :

- les polymères obtenu à partir d'au moins un monomère choisi parmi la

4-vinyl pyrridine, l'acide acrylique (AAc), l'acide méthacrylique (MAAc), l'anhydride maléique (MA), le méthacrylate de N,N-diméthylaminoéthyl (DMAEMA) ;

-les poly(iminoéthylène) (PEI), les dendrimères de poly(amido aminé) (PAMAM), les poly(N,N-diméthylaminoéthyl méthacrylate) (PDMAEMA), les poly(L-lysine) (PLL), le chitosan modifié, les polymères polyanioniques et les poly(L-histidine).

Le deuxième polymère peut être, par exemple, un homopolymère de 4- vinyl pyrridine, un homopolymère d'acide acrylique ou un copolymère d'acide acrylique et de 4-vinyl-pyrridine.

Lorsqu'il s'agit d'une membrane poreuse ou micro poreuse telle que précitée, elle peut comporter ledit polymère fixé dans sa structure poreuse. C'est en effet le mérite des Demandeurs que d'avoir constaté que le polymère fixé même dans les pores de la membrane ne gênait en rien les propriétés de filtration de la membrane. De plus, une membrane qui comporte dans sa structure interne, c'est-à-dire dans ses pores, le polymère qui lui confère la propriété désirée s'avère plus fiable qu'une membrane ne comportant ce polymère qu'à sa surface ; en effet, si la surface de la membrane est abîmée ou usée, elle risque de perdre ses propriétés si le polymère n'est fixé qu'à sa surface. Une membrane qui comporte le polymère dans sa structure s'avère plus fiable dans le temps, nécessite moins de surveillance et est moins fréquemment renouvelée. La présente invention concerne également un procédé de traitement d'un substrat contenant un polymère fluoré selon lequel

- on forme un premier polymère dit polymère d'ancrage apte à se fixer sur ledit substrat ;

-on copolymérise ledit polymère d'ancrage avec au moins un monomère qui se présente sous deux formes, une forme protonée et une forme non protonée ;

- on solubilise le copolymère à bloc ainsi obtenu dans un solvant adapté ;

- on applique la solution de copolymère sur ledit substrat ; et

- on évapore ledit solvant,

Selon l'invention, ledit polymère d'ancrage est choisi parmi le poly(méthacrylate de méthyle), les copolymères de styrène et de poly(méthacrylate de méthyle) et le polypropylène glycol et ledit monomère présente une température de solution critique inférieure. Le monomère précité peut être choisi notamment parmi les exemples cités en référence à la feuille de la présente invention. Il peut s'agir en particulier d'un monomère pH sensible.

Lorsque le substrat est une membrane poreuse, on peut laisser la solution de copolymère pénétrer dans les pores de ladite membrane avant d'évaporer ledit solvant. On obtient ainsi une membrane qui comprend le polymère fixé dans sa structure, notamment au niveau de la surface des pores, lesquels débouchent, directement ou non, au niveau de la surface de la membrane.

Les polymères, copolymères et monomères sont avantageusement tels que précités en référence à la feuille selon l'invention. Le solvant adapté utilisé pour fixer le copolymère sur le substrat peut être du chloroforme. Le substrat peut être une feuille éventuellement poreuse, comportant une matrice comprenant un polymère fluoré, notamment du PVDF ou essentiellement constituée de PVDF. On connaît des polymères qui présentent, en fonction du pH de leur milieu et/ou de leur température, des propriétés différentes. En particulier, on connaît des polymères qui en fonction du pH ou en fonction de la température présentent une hydrophilie différente. Ainsi, la publication "Thermo- and pH-responsive polymers in drug delivery" publiée en 2006 dans la revue Sciencedirect (pages 1655 à 1670) décrit différents polymères qui sont dits thermosensibles ou thermo-stimulables car ils présentent une hydrophilie variable en fonction du de la température du milieu aqueux dans lequel ils se trouvent ou pH sensibles (pH stimulables) car ils présentent une hydrophilie variable en fonction du pH du milieu aqueux dans lequel ils se trouvent. Ces polymères sont utilisés pour la délivrance de composés pharmaceutiques mais n'ont jamais été fixés à des membranes comportant une matrice en polymère fluoré.

Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit polymère fixé se présente, en fonction du pH et/ou de la température sous une forme hydrophile ou sous une forme hydrophobe.

Le deuxième polymère peut être, par exemple, un homopolymère de 4- vinyl pyrridine, un homopolymère d'acide acrylique ou un copolymère d'acide acrylique et de 4-vinyl-pyrridine.

Selon un autre aspect, la présente invention concerne une feuille du type comportant une matrice comprenant un polymère fluoré et au moins un polymère fixé à ladite matrice et conférant à ladite feuille une mouillabilité donnée par rapport à un fluide donné. Selon cet autre aspect, le polymère fixé se présente en fonction de la température de ladite feuille, sous une forme qui interagit avec ledit fluide ou sous une forme qui n'interagit pas avec ledit fluide, moyennant quoi, la mouillabilité de ladite feuille par ledit fluide est différente en fonction de la forme dans laquelle se trouve ledit polymère fixé.

Selon cet autre aspect de l'invention, ledit deuxième polymère présente en fonction de la température de ladite feuille/dudit fluide une forme rétractée ou une forme étendue qui confèrent chacune à ladite feuille une hydrophilie différente.

Ainsi, ledit deuxième polymère peut être choisi parmi les polymères suivants :

- les polymères obtenus à partir d'au moins un monomère choisi parmi :

- les monomères de formule générale (I) et (II) suivantes : H^C==€H

dans lesquelles n est un entier supérieur ou égal à 1 et inférieur ou égal à 12 ;

- les polymères obtenus à partir d'au moins un monomère choisi parmi le N-isopropylacrylamide, le Ν,Ν-diéthylacrylamide, le méthylvinylether et le

N-vinylcaprolactame ;

- les copolymères obtenus à partir d'acrylamide (AAm) et d'acide acrylique, les copolymères à blocs poly(oxyde d'éthylène)-bloc-poly(méthyl oxyde d'éthylène), les copolymères à blocs poly(oxyde d'éthylène)bloc- poly(méthyl oxyde d'éthylène)bloc-poly(oxyde d'éthylène), les copolymères à blocs polyéthylène glycol-(copolymère d'acide lactique et d'acide glycolique)- poly éthylène glycol, ;

- les poly(N-alkyl acrylamides, les poly(méthyl vinyl éther, les poly(N- vinyl caprolactames), les poly(N-ethyl oxazoline)s, les copolymères d'acide acrylique et d'acrylamide ; et

- les oligo et polypeptides.

Selon l'invention, la feuille peut comporter un seul polymère fixé qui en fonction du pH du milieu dans lequel se trouve la feuille lui confère une mouillabilité en particulier une hydrophilie différente en fonction de la température ; selon l'invention, la feuille peut également comporter un seul polymère fixé à sa surface et qui lui confère une mouillabilité, en particulier une hydrophilie différente en fonction du pH du milieu dans lequel se trouve la feuille ; selon l'invention, la feuille peut également comporter au moins un polymère qui à lui seul lui confère une mouillabilité variable en fonction de la température et du pH du milieu dans lequel se trouve la feuille. Il peut s'agir par exemple, d'un copolymère à blocs qui comporte un bloc thermo-stimulable et un bloc pH-stimulable. Selon l'invention, la feuille peut également comporter, fixés à sa surface, au moins un polymère thermosensible et au moins un polymère pH sensible qui permettent ainsi de moduler la mouillabilité de la feuille, en particulier l'hydrophilie de la feuille, en fonction des deux paramètres que sont la température et le pH.

Selon un mode de réalisation particulier, ledit deuxième polymère est obtenu par polymérisation d'un mélange de monomère de formule générale (I) et d'un monomère de formule générale (II) et en particulier par polymérisation d'un monomère de formule générale (I) dans laquelle n=2 et d'un monomère de formule générale (II) dans laquelle n=9.

Avantageusement, ledit polymère d'ancrage est choisi parmi le polyméthacrylate de méthyle, les copolymères de styrène et de polyméthacrylate de méthyle et le polypropylène glycol.

La présente invention concerne également un copolymère à blocs comprenant un premier bloc formé d'un copolymère de styrène et de polyméthacrylate de méthyle et un deuxième bloc formé d'un polymère de 4-vinyl pyrridine et/ou d'un polymère d'acide acrylique et/ou d'un copolymère de 4-vinyl pyrridine et d'acide acrylique.

La présente invention concerne également un copolymère à blocs comprenant un premier bloc formé d'un copolymère de styrène et de polyméthacrylate de méthyle et un deuxième bloc formé d'un copolymère de di-éthylène glycol éthyl éther acrylate et de nona-éthylène glycol méthyl éther acrylate.

DEFINITIONS

Le terme « mouillabilité » vis-à-vis d'un liquide donné fait référence à la capacité qu'a le liquide donné à former des gouttes à la surface d'une feuille plane d'un matériau donné. La mouillabilité s'évalue par la mesure de l'angle de contact d'une goutte formée par le liquide donné sur la feuille du matériau donné. Plus l'angle de contact est élevé, plus la mouillabilité du matériau par le liquide donné est faible.

L'angle de contact est défini comme étant l'angle formé par, d'une part la tangente à la goutte au point de contact entre la goutte et la surface de la feuille en matériau donné et d'autre part, la surface de la feuille elle-même Le terme « hydrophilie » fait référence à la capacité d'un matériau à être mouillé ou non par l'eau. L'hydrophilie s'évalue par la mesure de l'angle de contact d'une goutte d'eau formée à la surface d'une feuille du matériau à étudier.

Le terme « matrice comportant un polymère fluoré » fait référence à une structure tridimensionnelle formée d'un polymère fluoré ou formée d'un mélange, notamment de polymères et comportant au moins un polymère fluoré.

Le terme « polymère » désigne au sens de la présente invention, les homopolymères, les copolymères statistiques, les copolymères alternés, les copolymères à blocs et les copolymères branchés. Le terme « copolymère » englobe les polymères tels que précités obtenus à partir d'au moins deux monomères ou d'au moins un monomère et d'au moins un copolymère ou polymère. Les copolymères selon l'invention peuvent également être des terpolymères ou des copolymères obtenus à partir de plus de trois monomères et/ou copolymères différents.

S'agissant du polymère fluoré, on désigne ainsi tout polymère ayant dans sa chaîne au moins un monomère choisi parmi les composés contenant un groupe vinyle capable de s'ouvrir pour se polymériser et qui contient, directement attaché à ce groupe vinyle, au moins un atome de fluor, un groupe fluoroalkyle ou un groupe fluoroalkoxy.

A titre d'exemple de monomère, on peut citer le fluorure de vinyle; le fluorure de vinylidène (VDF, CH ₂ =CF ₂ ); le trifluoroéthylène (VF ₃ ); le chlorotrifluoroéthylène (CTFE); le 1 ,2-difluoroéthylène; le tétrafluoroéthylène (TFE); l'hexafluoropropylène (HFP); les perfluoro(alkyl vinyl) éthers tels que le perfluoro(méthyl vinyl)éther (PMVE), le perfluoro(éthyl vinyl) éther (PEVE) et le perfluoro(propyl vinyl) éther (PPVE); le perfluoro(1 ,3-dioxole); le perfluoro(2,2-diméthyl-1 ,3-dioxole) (PDD); le produit de formule CF ₂ =CFOCF ₂ CF(CF ₃ )OCF ₂ CF ₂ X dans laquelle X est SO ₂ F, CO ₂ H, CH ₂ OH, CH ₂ OCN ou CH ₂ OPO ₃ H; le produit de formule CF ₂ =CFOCF ₂ CF ₂ SO ₂ F; le produit de formule F(CF ₂ ) _n CH ₂ OCF=CF ₂ dans laquelle n est 1 , 2, 3, 4 ou 5; le produit de formule R ₁ CH ₂ OCF=CF ₂ dans laquelle R ₁ est l'hydrogène où F(CF ₂ )z et z vaut 1 , 2, 3 ou 4; le produit de formule R ₃ OCF=CH ₂ dans laquelle R ₃ est F(CF ₂ ) _Z - et z est 1 , 2, 3 or 4; le perfluorobutyl éthylène (PFBE); le 3,3,3-trifluoropropène et le 2-trifluorométhyl-3,3,3 -trifluoro-1 -propène. Le polymère fluoré peut être un homopolymère ou un copolymère, il peut aussi comprendre des monomères non fluorés tels que l'éthylène ou le propylène.

Le terme « fixé » ne limite pas la nature et l'intensité des forces qui entrent en jeu pour faire coopérer le polymère et la surface de la feuille. Ainsi le polymère peut être solidarisé par liaison chimique avec les molécules de la surface du matériau constituant la feuille ; il peut être solidarisé du fait d'interactions mécaniques, une partie du polymère étant bloqué dans la structure de la surface de la feuille ; le polymère peut également être fixé par l'intermédiaire d'interactions électrostatiques de type forces de Van der Waals. Le terme « fixé » désigne également toute combinaison entre deux ou plus des types de liaison précités.

Le terme « copolymère à blocs » désigne tout polymère comportant au moins deux blocs, chaque bloc étant formé d'un polymère différent obtenu, par exemple, à partir d'un monomère particulier ou d'un mélange de monomères particuliers. Chaque bloc peut être un homopolymère ou un copolymère éventuellement bloc ou statistique.

Le terme « polymère stimulable » désigne au sens de la présente invention tout polymère qui confère à la feuille selon l'invention, une mouillabilité différente en fonction de la forme dans laquelle se trouve ledit polymère, ladite forme dépendant d'au moins un paramètre du milieu tel que le pH et/ou la température. Ce terme englobe les polymères qui se présentent au moins sous deux formes distinctes et qui confèrent donc à la feuille au moins deux valeurs de mouillabilité différentes. La mouillabilité de la feuille conférée par le polymère n'évolue donc pas de manière continue en fonction de révolution du paramètre considéré du milieu.

Le terme « température de solution critique inférieure » (LCST ou température de désolvatation) désigne la température en-dessous de laquelle tous les composants du mélange de monomères sont miscibles. Le terme « stable dans le temps » signifie que le caractère variable de la mouillabilité de la feuille en fonction d'au moins un paramètre choisi parmi le pH et la température du milieu est conservé au moins un jour, avantageusement au moins une semaine, en particulier au moins un mois et plus particulièrement trois mois.

La présente invention, ses caractéristiques et les différents avantages qu'elle procure apparaîtront mieux à la lecture de la description et des exemples qui suivent, cités à titre d'exemples non limitatifs et faisant référence aux figures annexées sur lesquelles :

- la Fig. 1 représente le spectre RMN ¹ H du polymère d'ancrage P1

(P(styrène-stat-MMA)), le solvant utilisé pour la RMN ¹ H étant le chloroforme deutéré (CDCI ₃ ) ;

- la Fig. 2 représente le spectre RMN ¹ H dans du chloroforme deutéré du copolymère P5 et les chromatogrammes du macro-amorceur P1 et du copolymère P5 ;

- la Fig. 3 représente le spectre RMN ¹ H dans du chloroforme deutéré du copolymère P7 et les chromatogrammes du macro-amorceur P2 et du copolymère P7 ;

- la Fig. 4 représente le spectre RMN ¹ H dans chloroforme deutéré du copolymère P8 et les chromatogrammes du macro-amorceur P3 et du copolymère P8 ;

- la Fig. 5 représente l'angle de contact de films continus de polymère P4, P5 et P6, respectivement, en fonction du pH ;

- la Fig. 6 représente l'angle de contact de films continus de polymère P7 en fonction du pH ;

- la Fig. 7 représente l'image obtenue à l'aide d'un microscope à balayage électronique d'une membrane en PVDF hydrophile vierge (à gauche) et celle obtenue après dépôt d'un copolymère dont le deuxième bloc est obtenu par polymérisation de 4-vinyl pyrridine (à droite) ;

- la Fig. 8 représente l'angle de contact d'une membrane en PVDF hydrophobe sur laquelle le polymère P4 est fixé (adsorbé), respectivement avant traitement pH (à gauche), après un traitement avec une solution tampon de pH=1 (au centre) et après un second traitement avec une solution tampon de pH=10 (à droite) ;

- la Fig. 9 représente la mesure de l'angle de contact d'une goutte d'eau sur une feuille formée par dépôt d'un film de polymère P4 sur un film de PVDF fondu, en fonction de différents traitements pH.

EXEMPLES

Synthèse et caractérisation des copolymères à blocs

La synthèse des copolymères à blocs est effectuée en deux étapes distinctes correspondant respectivement à la synthèse du premier bloc dit bloc d'ancrage, puis du second bloc qui est le bloc qui va conférer à la membrane une hydrophilie particulière. La première étape est réalisée en masse (sans solvant) alors que la seconde étape est obtenue en solution car le monomère seul ne permet pas la solubilisation du macro-amorceur. Le protocole d'obtention des copolymères ainsi que leur caractérisation sont détaillés ci- après.

EXEMPLE 1 : Synthèse du bloc d'ancrage (copolymère statistique) PfS-stat- MMA)

Le bloc d'ancrage est constitué de PMMA (polyméthacrylate de méthyle), polymère compatible avec le PVDF. Cependant, la NMP (polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes) ne permet un bon contrôle de la polymérisation de méthacrylate de méthyle (MMA) qu'en présence d'un co-monomère tel que le styrène ou l'acrylonitrile. Dans le cas présent, du styrène a été utilisé à hauteur de 10% molaire du nombre total de moles styrène/méthacrylate de méthyle du mélange.

Le protocole est le suivant. Dans un ballon, sont introduit successivement le SG1 libre (SG1 =N-tert-butyl-N-[1 -diéthylphosphono-(2,2- diméthylpropyl)] nitroxyde) (contre radical), le BlocBuilder© (ci-après désigné par MAMA, commercialisé par Arkéma et correspondant à la formule suivante :

qui est l'amorceur et les monomères MMA et styrène (purifiés sur inhibitor remover®). Après solubilisation complète de l'amorceur, le système réactionnel est dégazé par bullage d'azote durant 20 min. Afin d'éviter l'évaporation éventuelle de monomère, le ballon est plongé dans un bain de glace lors de cette étape. Puis, l'énergie thermique nécessaire à la polymérisation est apportée par un bain d'huile (90°C) alors que l'agitation est assurée par voie magnétique. Les conditions expérimentales pour les synthèses des polymères P1 , P2 et P3 sont répertoriées dans le Tableau I suivant. Chaque copolymère d'ancrage est purifié par une succession de trois cycles de précipitation dans un large excès d'éthanol (10 fois) et de séchage sous vide (40°C), ce qui permet d'éliminer le monomère résiduel.

Tableau I

a DPn = ([S]o+[MMA] ₀ ) / [MAMA] ₀ . ^b r = 100 x [SG1 ] ₀ /[MAMA] ₀ .

Un exemple de caractérisation est donné pour le polymère P1 .

La Fig. 1 représente le spectre RMN ¹ H dans le chloroforme deutéré d'un échantillon prélevé à la fin de la synthèse, ce qui permet de déterminer la conversion de chaque monomère. La conversion en MMA peut être déterminée à l'aide des signaux caractéristiques des protons méthoxyliques du monomère (3,75ppm) et du polymère (entre 2,8 et 3,7 ppm). A noter que suivant la nature des proches voisins du MMA, le blindage des protons concernés varie ce qui engendre la présence de trois pics caractéristiques des protons méthoxyliques du PMMA. Ainsi, sur la Fig. 1 , la conversion en MMA est de 55,76%. La zone spectrale caractéristique des protons aromatiques du styrène coïncidant avec le pic caractéristique du chloroforme, la conversion en styrène est déterminée en tenant compte des conditions expérimentales et plus particulièrement du taux de styrène introduit par rapport au MMA. Ceci permet de déterminer une valeur d'intégrale correspondant à la totalité de styrène présent à l'instant t (polymère et monomère) et de la comparer au signal du proton vinylique du monomère (5,25 ppm). Ainsi, sur la Fig. 1 , la conversion en styrène est de 75,94%.

Ces données mènent à une masse molaire théorique Mn _th = M _MAMA +

Le spectre RMN ¹ H du copolymère purifié permet de déterminer la composition molaire de chaque unité dans le copolymère. Ainsi, le copolymère P1 présente 16% molaire d'unités styrène et 84% molaire d'unités MMA. En combinant ce résultat à la masse molaire moyenne en nombre obtenue par chromatographie d'exclusion stérique (CES) dans le DMF/LiCI (calibration PMMA), Mn (exp) = 39200 g.mol-1 , la composition du premier bloc peut être déterminée par résolution du système d'équation mettant en jeu les équations suivantes : Mn _eX p = MMAMA + DP _S x M _s + DPMMA X M _M MA et = dans

DP _S xs lesquelles xi représente la fraction molaire de i. Ainsi, le copolymère P1 possède 62 unités styrène et 326 unités MMA.

Les propriétés chimiques de chaque polymère sont répertoriées dans le Tableau II suivant. Tableau II

a déterminé par RMN ¹ H.

b · » · , , CsxMo _v CMMA * [MMA] ₀

Mn _th = M _MAMA + - — x M _s H x M _MMA .

zn MAMA [MAMA] ₀ [MAMA] ₀ ^{M MA}

c Déterminé par CES dans le DMF+LiCI avec une calibration PMMA.

d Obtenu par résolution du système d'équations : Mn _exp = MMAMA + DP _S x M _S + DPMMA X MMMA et ^DPMMA = ^ M OÙ X, représente la fraction molaire de i.

DP _S XS

Synthèse du copolymère à blocs dont l'hydrophilie est variable et fonction du pH et/ou de la température : copolymère à blocs stimulable

Le copolymère dont l'hydrophilie peut être modifiée est obtenu par réamorçage du bloc d'ancrage et copolymérisation avec un monomère dont l'hydrophilie peut être modifiée ou d'un mélange de monomères présentant une température critique inférieure. Pour cela, il est nécessaire de solubiliser le polymère d'ancrage dans le système réactionnel ; or la quantité de monomère à introduire pour la seconde étape ne permet pas sa solubilisation totale. Afin de remédier à cette contrainte, la polymérisation est donc réalisée en solution. Différents monomères ont été polymérisés afin d'obtenir des copolymères balayant une large gamme de propriétés.

La sensibilité au pH est obtenue grâce à des copolymères à base de 4VP, AA. Un deuxième bloc obtenu par une répartition statistique de DEGEA et PEGA permet d'obtenir un deuxième copolymère qui est un copolymère statistique P(DEGEA-stat-PEGA) dont la transition hydrophile/hydrophobe dépend de la composition molaire du copolymère en DEGEA. Le copolymère contient un pourcentage molaire en DEGEA variable, sensiblement égal ou supérieur à 0% et sensiblement égal ou inférieur à 100% ; cette teneur molaire variable de DEGEA dans le copolymère permet d'obtenir une gamme de températures de désolvatation (ou LCST) ; chaque copolymère présente, en fonction de sa teneur molaire en DEGEA, une température de désolvatation qui lui est propre. Dans le cas présent, toutes les températures de désolvatation qu'il est possible d'obtenir en faisant varier la teneur molaire en DEGEA sont sensiblement égales ou supérieures à 15°C et sensiblement égales ou inférieures à 90°C. Lorsque le copolymère est porté à une température sensiblement égale à sa température de désolvatation, son hydrophilie est modifiée. Comme expliqué ci-après, les monomères permettant d'obtenir un deuxième polymère stimulable peuvent entrer dans la composition d'un copolymère par réamorçage d'un premier bloc P(S-stat-MMA).

Les abréviations suivantes correspondent aux composés suivants :

4VP AA DEGEA PEGA Quel que soit le deuxième bloc souhaité, le protocole est le suivant. Le SG1 , le macro-amorceur, le(s) monomère(s) et le solvant sont introduits dans un ballon. Après solubilisation complète du macro-amorceur, le système réactionnel est dégazé par bullage d'azote durant 20 min. Afin d'éviter l'évaporation éventuelle de monomère, le ballon est plongé dans un bain de glace lors de cette étape. Puis, l'énergie thermique nécessaire à la polymérisation est apportée par un bain d'huile alors que l'agitation est assurée par voie magnétique.

Synthèse des copolymères à blocs stimulables

EXEMPLE 2 : synthèse du copolymère dibloc avec deuxième polymère P4VP : copolymère à blocs pH stimulable Les conditions de manipulations sont telles que [4VP]/[macro-amorceur P1 ]=525 avec un excédent de SG1 libre de 10%. La synthèse est réalisée dans le DMF (36 w%) à 1 15°C. Afin d'obtenir trois compositions de copolymères à blocs différentes, le protocole est appliqué avec trois temps de manipulation différents ce qui engendre des conversions différentes. La conversion est calculée à l'aide du spectre RMN ¹ H représenté sur la Fig. 3 (copolymère P5) par comparaison des signaux caractéristiques des protons aromatiques en alpha de l'aminé (entre 8,1 et 8,6 ppm) du polymère et du monomère et des protons vinyliques du monomère (5,45 ppm). Les valeurs caractéristiques des différents copolymères obtenus sont répertoriées dans le Tableau III suivant. De plus, la composition molaire peut être déterminée par comparaison de l'intégrale du pic méthoxylique du PMMA (86% du PMMA total) et des protons aromatiques en alpha de l'aminé du bloc P4VP. Ainsi, les trois copolymères à blocs dont le temps de synthèse du second bloc est de 2h30, 4h et 6h présentent respectivement des degrés de polymérisation en 4VP de 106, 237 et 301 . La fraction volumique est obtenue en appliquant la relation suivante :

M(4VP)

m (Ρ νΡΛ - ^{Xpwp X} 4VPj ^»

^Xp * ^{vp X} (4VPJ ^{+XPS X} ÏS) ^{+XPMMA X} piMMA) où x représente la fraction molaire, M la masse molaire and p la densité. De plus, la qualité du réamorçage est vérifiée par CES (Chromatographie par exclusion Stérique) dans le DMF/LiCI à travers la l'absence d'épaulement du chromatogramme du copolymère. Cette technique permet également de déterminer l'indice de polymolécularité du copolymère.

Tableau III copolymère Temps C _4V p (%) Mn _th ^b Mn _exp ^c PDI ^C DP

(h) (g.mol ¹ ) (g.mol ¹ ) (4VP) ^a (P4VP) ^d

P4 2.5 19,6 50 200 48 300 1,29 106 0,22

P5 4 39,9 61 900 54 200 1,25 237 0,38

P6 6 53,9 70 700 63 200 1,20 301 0,44 ^a déterminé par ¹ H NMR.

Mn _th = M _P1 +——— x M _4VP .

c Déterminé par CES dans du DMF calibration PMMA.

d calculé selon l'équation 1 .

EXEMPLE 3 : synthèse du copolymère dibloc avec bloc AA : copolymère à blocs pH stimulable

Le réamorçage d'acide acrylique par NMP sur le bloc P(MMA-stat-S) a été réalisé dans le 1 ,4 dioxane. Cependant, le fort transfert au solvant lors de cette synthèse ne permet pas d'obtenir des masses molaires pour le deuxième bloc supérieures à 7000 g.mol-1 (soit 100 unités) en gardant le contrôle de la réaction. Viser des masses molaires plus importantes engendrerait la présence d'homopolymère de PAA. Ainsi, l'AA est amorcé à partir de P2 (12000 g.mol-1 ) afin de viser une masse molaire en AA suffisamment faible pour conserver le contrôle. Les conditions de manipulations sont telles que [AA]/[macro-amorceur P2]= 280 avec un excédent de SG1 libre de 20%. La synthèse est réalisée dans le DMSO (71 w%) à 120°C. La conversion en AA est calculée par RMN ¹ H dans le DMSO deutéré (voir Fig. 4) par comparaison du pic caractéristique du proton acide présent sur le monomère et le polymère et des pics caractéristiques des protons vinyliques du monomère. Ainsi, une conversion de 22% est obtenue, ce qui correspond à un DP _n en AA de 62 unités. La qualité du réamorçage est vérifiée par CES dans le THF après avoir pris soin de méthyler les unités AA. II en résulte un copolymère (P7) final dont l'indice de polymolécularité est de 1 ,52 présentant une fraction volumique en PAA de 0,26.

EXEMPLE 4 : synthèse du copolymère di-bloc avec un deuxième bloc PEGA/DEGEA : copolymère à blocs thermo-stimulable

Le réamorçage du bloc thermostimulable est réalisé à partir de P3. Le PEGA et le DEGEA présentent respectivement des températures de désolvatation (ou températures de solution critique inférieures encore appelées LCST pour « low critical solution température ») de 80 et 18°C dans l'eau. La LCST du bloc composé par le PEGA DEGEA peut être modulée par le taux de chacun des monomères dans le bloc. Pour cette application, une LCST d'environ 35-40°C est souhaitée, c'est pourquoi le bloc sensible est composé de 20% de PEGA et 80% de DEGEA. Les conditions de manipulations pour l'obtention de P8 sont telles que [Monomères]/[macro-amorceur P1 ]=126 avec un excédent de SG1 libre de 20%. La synthèse est réalisée dans le DMF (60 w%) à 1 15°C durant 20h30. Seule la conversion globale peut être déterminée par RMN1 H (Figure 5) par comparaison des signaux spécifiques des monomères (3H vinyliques) et du massif caractéristique des protons en alpha de l'ester présents sur les monomères et le polymère. Ainsi, une conversion globale de 66,1 1 % est obtenue, ce qui correspond à un DP _n de 83 unités. Il a déjà été montré au sein du laboratoire que la composition initiale en monomère était identique à la composition dans le copolymère, ce qui signifie que le second bloc est constitué de 17 unités PEGA et 66 unités DEGEA. De plus, le CES dans le DMF/LiCI permet de confirmer le réamorçage et de déterminer l'indice de polymolécularité égal à 1 ,27.

EXEMPLE 5 : Etude des propriétés des copolymères obtenus

Etude de la sensibilité au pH

a) copolymère à blocs dont le deuxième bloc est obtenu par polymérisation de VPP

Afin de vérifier la sensibilité au pH des copolymères précités, des films continus sont réalisés sur lame de verre pour microscope. Différents bains de solutions tampons sont préparés afin d'y plonger les films et ainsi appliquer une large gamme de pH (de 1 à 10) au copolymère. Après séchage, les films sont séchés et les propriétés de surfaces sont mesurées par angle de contact entre la surface et une goutte d'eau à pH=7. Ainsi, un profil d'angle de contact en fonction du pH peut être tracé et relié à une variation d'état de protonation de la P4VP. En effet, lorsque l'unité répétitive aminée est soumise à un pH supérieur à son pKa (environ 5,2 en solution), elle est sous une forme déprotonée qui est plus hydrophobe que la forme protonée (forme acide). En référence à la Fig. 6, on constate que pour chacun des copolymères P4, P5 et P6 qui comportent un deuxième bloc obtenu par polymérisation de P4VP, la courbe représentant l'angle de contact en fonction du pH présente systématiquement un point d'inflexion au niveau du pKa marquant la séparation entre la zone où la forme protonée est prépondérante et celle où la forme déprotonée domine. b) copolymère à blocs dont le deuxième bloc est obtenu par polymérisation de AA

La Fig. 6 représente l'angle de contact de films continus de polymère P7 en fonction du pH. Le polymère P7 comporte un deuxième bloc obtenu par polymérisation d'AA ; ce copolymère présente une fraction volumique en PAA de 0,26. Comme cela est visible sur la Fig. 6, on observe également un point d'inflexion de la courbe de l'angle de contact aux alentours du pKa.

Dans le cas de ce copolymère, le PAA étant un polyacide, la forme prépondérante à un pH inférieur au pKa est la forme protonée qui est donc plus hydrophobe que la forme déprotonée (pH > pKa). Cependant, la forme la plus hydrophobe conserve une forte affinité avec l'eau puisque l'angle de contact est seulement de 45°.

Etude de la sensibilité à la température

Il n'est pas possible de faire le même genre d'étude (sur une échelle de température) à partir du copolymère thermo-stimulable car sa sensibilité est liée à la présence d'eau. En effet, le changement d'état hydrophile/hydrophobe est dû à un changement de conformation de la chaîne. En dessous de la LCST (ou température de solution critique inférieure), les interactions eau/polymère sont favorisées ce qui se traduit par une bonne solubilité des chaînes qui sont alors étendues. A contrario, lorsque la température est supérieure à la LCST, les interactions polymère/polymère sont favorisées et le polymère se recroqueville sur lui-même pour former un domaine hydrophobe. Les chaînes sont alors collapsées. A sec, ce phénomène n'existe pas. Cependant, le changement de comportement a pu être vérifié dans le cas d'homopolymère de PEGA DEGEA solubilisés dans de l'eau qui suivant la température sont solubles (transmittance 100%) ou non soluble (solution trouble). Les résultats obtenus ne sont présentés ici.

EXEMPLE 6 : Etude de l'ancrage du polymère dibloc dans la membrane PVDF

L'ancrage du copolymère au sein de la membrane est rendu possible grâce à la combinaison de la compatibilité chimique entre le PMMA et le PVDF et du choix du solvant utilisé pour l'insertion du copolymère. En effet, la capacité à celui-ci à pénétrer dans les canaux de filtration (bonne affinité avec le PVDF) et à localement (extrême surface des canaux) gonfler sans solubiliser, afin de ne pas compromettre le réseau filtrant du polymère fluoré, sont des facteurs primordiaux pour l'ancrage du copolymère dans toute la membrane. Ainsi, le solvant choisi répondant à ces conditions est le chloroforme (bon solvant du copolymère).

Insertion du copolymère dans la membrane

La solution de copolymère est déposée sur la membrane et la bonne affinité avec le PVDF permet la pénétration de celle-ci dans tout le volume vide (canaux). Ainsi, après évaporation du solvant, le copolymère est réparti de façon homogène dans la membrane. Comme cela est visible sur la Fig. 7, la microscopie électronique à balayage ne laisse pas apparaître de modification de l'aspect de la membrane après insertion du copolymère, ce qui confirme le fait que le copolymère pénètre dans la membrane et ne reste pas seulement à la surface. Cependant, le changement de propriétés de mouillabilité de la membrane confirme la présence en quantité suffisante du copolymère au sein de la membrane. Le cas le plus probant est obtenu pour le dépôt du copolymère sur une membrane PVDF hydrophile. Comme représenté sur la Fig. 7, une goutte d'eau déposée pour réaliser la mesure d'angle de contact pénètre immédiatement dans une membrane de PVDF présentant une porosité de 0,22μηη et ne comportant pas de copolymère adsorbé (image de droite). Sur la partie gauche de la Fig. 7, on constate au contraire que l'eau forme une goutte à la surface de la même membrane comportant le copolymère P4 selon l'invention adsorbé à sa surface. On a par ailleurs vérifié ces résultats sur les deux faces de la membrane ce qui confirme le fait le copolymère en solution dans le chloroforme a pénétré dans la membrane après son simple dépôt sur cette dernière ; ceci confirme que le copolymère est bien réparti dans l'ensemble de la structure de la membrane.

EXEMPLE 7 : Etude de la sensibilité au pH de la membrane

La sensibilité de la membrane selon l'invention a été vérifiée sur une membrane PVDF hydrophobe imbibée par une solution de copolymère P4 dans du chloroforme. La membrane ainsi traitée comporte donc le copolymère P4 fixé (adsorbé) à sa surface. L'application sur la membrane selon l'invention d'une solution tampon affectant la protonation de la P4VP contenue dans le copolymère P4 permet l'alternance entre la forme hydrophile et la forme hydrophobe du copolymère P4. On réalise ensuite un traitement pH par perméation à travers la membrane de l'invention d'une solution tampon au pH déterminé durant 20 minutes. La membrane est ensuite séchée avant la mesure de l'angle de contact. Les résultats obtenus sont visibles sur la Fig. 8. Comme représenté sur la Fig. 8, avant traitement par perméation (traitement pH), la membrane selon l'invention est hydrophobe et l'angle de contact est de 95°. Après traitement par perméation avec une solution tampon de pH=1 (photo du centre), la membrane est plus hydrophile car l'angle de contact est alors de 39°. Lorsque l'on soumet cette même membrane déjà soumise à une perméation avec une solution tampon de pH = 1 , à un traitement de perméation avec une solution tampon à pH = 10, on constate, comme cela est visible sur la Fig. 8 (partie de gauche), que la membrane redevient plus hydrophobe, l'angle de contact augmente et est égal à 75°.

EXEMPLE 8 : Etude de l'ancrage du copolymère à blocs

Afin de vérifier la pérennité de la présence du copolymère dans la membrane, celle-ci est soumisse à un flux de solution tampon de pH=1 durant 10 jours à raison de 8h/j. Ces conditions sont considérées comme extrêmes du fait qu'à ce pH la P4VP est protonée donc hydrophile, ce qui permettrait d'entraîner le copolymère dans le flux dans le cas où il ne serait pas correctement fixé. Le test est réalisé sur une membrane en PVDF initialement hydrophile, ainsi l'éventuelle désorption du copolymère pourra être visualisée si l'on observe une absorption immédiate de la goutte d'eau déposée pour la mesure d'angle de contact. Le cas contraire (stabilisation de la goutte) prouve que le copolymère est toujours présent sur la membrane. La membrane est séchée et l'angle de contact est mesuré. Les résultats, non présentés en détails ici, ont montré qu'au bout de 8 jours du traitement précité, le copolymère est toujours présent sur/dans la membrane selon l'invention.

Par ailleurs, afin de mieux comprendre la fixation du copolymère à la surface de la membrane, on utilise un film continu. Pour cela, une membrane PVDF a été fondue à l'aide d'une presse chauffante (190°C) et l'on obtient ainsi un film continu et translucide de PVDF. Le copolymère en solution dans le chloroforme est ensuite déposé sur la surface de ce film. Logiquement, le film étant continu et donc non poreux, le copolymère ne peut donc pas pénétrer au sein du film de PVDF. Après séchage, le copolymère est donc présent sur la surface du film de PVDF.

Afin de vérifier la coopération entre le PVDF et le bloc d'ancrage du copolymère, on utilise un film de PVDF sur lequel on a déposé une solution de copolymère P4 dans du chloroforme. Le copolymère P4 est un copolymère pH stimulable à base de P4VP. Tout d'abord, on vérifie que l'hydrophilie du copolymère P4 déposé sur le film continu de PVDF, est variable en fonction du pH. Pour ce faire, on immerge ce film dans une solution tampon à pH = 1 ; la mesure de l'angle de contact est égale à 15°. On immerge ensuite le même film dans une solution tampon de pH= 12 ; la mesure de l'angle de contact après cette deuxième immersion est égale à 67. Puis, le film est plongé à nouveau dans une solution tampon de pH=1 et mis sous agitation durant une semaine. La mesure de l'angle de contact est alors à nouveau égale à 15°. Les mêmes résultats pour la mesure de l'angle de contact sont obtenus après une immersion de 3 mois dans chacune des solutions tampon précitées, ce qui permet de vérifier que le copolymère P4 a un comportement stable dans le temps pour ce qui est de la variation de son hydrophilie en fonction du pH de la solution avec laquelle il est en contact.

Afin de vérifier l'importance du bloc d'ancrage P(S-MMA) dans la fixation du polymère sur la membrane, le même protocole que précité est appliqué à un film continu de PVDF sur lequel a été déposé un homopolymère de P4VP. Après la première immersion dans le tampon à pH1 , l'angle de contact mesuré correspond à l'angle de contact du PVDF (environ 90°), ce qui signifie que l'homopolymère de P4VP n'est plus présent sur le film de PVDF. Ceci s'explique par le fait que la P4VP protonée est soluble dans l'eau à pH acide ; l'homopolymère s'est donc dissout dans la solution tampon à pH = 1 .

La Fig. 9 représente la mesure de l'angle de contact d'une goutte d'eau déposée, respectivement, sur un film obtenu par dépôt de copolymère P4 (P(S ⁶² -stat-MMA ³²⁶ )o,78-b-(P4VP ¹⁰⁶ ) ₀ ,22) sur un film continu de PVDF et sur un film continu de PVDF sur lequel on a déposé un homopolymère de P4VP comme précédemment expliqué. Les films sont immergés dans une solution tampon de pH = 1 . Au bout de respectivement 10 minutes, 1 semaine et 3 mois, on a immergé chacun des films dans une solution tampon de pH = 10 puis mesuré l'angle de contact avant d'immerger à nouveau les films dans une solution tampon de pH = 1 . Avant de réaliser la mesure de l'angle de contact, chaque film est séché à l'étuve à 60°C à pression atmosphérique durant 30 minutes. La Fig. 9 montre qu'au bout de 10 minutes d'immersion dans la solution tampon à pH=1 la mesure de l'angle de contact correspond à l'angle de contact d'une goutte d'eau sur du PVDF : l'homopolymère s'est dissout dans la solution tampon et n'est plus présent sur le film. Au contraire, pour le film de PVDF recouvert du copolymère P4, la mesure de l'angle de contact varie en fonction du pH de la solution tampon dans laquelle est immergé le film et ceci même au bout de 3 mois ce qui prouve la bonne fixation du polymère bloc à la surface du film, la stabilité de la fixation dans le temps et la stabilité dans le temps du comportement du polymère en fonction du pH de la solution avec laquelle il est en contact. Un échantillon témoin constitué seulement d'un film de PVDF a également été immergé pendant une semaine dans une solution tampon de pH = 1 ; la valeur de la mesure de l'angle de contact d'une goutte d'eau sur la surface de ce film avant et après l'immersion ne varie pas (environ 90°C).

Les résultats précités confirment que le lavage n'engendre pas la désorption du copolymère malgré des conditions drastiques. Ce test permet de confirmer l'ancrage du polymère au sein du PVDF. EXEMPLE 9 : Etude de l'ancrage du copolymere dont l'hydrophilie varie avec la température

Le copolymère thermo-stimulable obtenu en référence à l'exemple 4 précité a également été déposé sur le PVDF fondu. Dans ce cas, la présence d'acrylate de PEG rend la surface hydrophile. Après avoir immergé le tout dans de l'eau sous agitation durant une semaine, la surface est toujours hydrophile, ce qui traduit le fait que le copolymère est toujours présent sur le PVDF. Ce résultat est similaire à celui obtenu avec le copolymère pH stimulable.