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1. (WO2018029143) PROCÉDÉ D'OBTENTION DE MATÉRIAUX, MATÉRIAUX EN TANT QUE TELS ET LEURS UTILISATIONS
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Procédé d'obtention de matériaux, matériaux en tant que tels et leurs utilisations

L'invention concerne des matériaux, le procédé d'obtention de ces matériaux et l'utilisation de ces matériaux. En particulier, l'invention concerne des matériaux biosourcés.

Au cours des dernières décennies, le développement de molécules biosourcées dans le but de remplacer les composés dérivés du pétrole est en croissance constante, afin de réduire la dépendance vis-à-vis des ressources fossiles et de réduire l'impact écologique de l'industrie chimique du pétrole.

Dans ce contexte, les huiles végétales ont été largement étudiées en vue de produire des polymères du fait de leur caractère biosourcé, de leur caractère écologique et de la grande flexibilité de leur longue chaîne carbonée. Toutefois, du fait de leur structure aliphatique, les polymères issus d'huiles végétales possèdent des propriétés themomécaniques limitées.

Les terpènes sont des composés chimiques biosourcés capables de renforcer la structure de matériaux. Les terpènes représentent une large gamme d'hydrocarbures abondants et abordables qui n'interfèrent pas avec les ressources agricoles. Bruts ou purifiés, les terpènes sont généralement utilisés en tant que parfums ou fragrances. Les terpènes sont également de très bons solvants et d'agent diluant pour les teintures et les vernis.

Bien que les terpènes soient impliqués dans de nombreux procédés catalytiques, seuls peu d'entre eux ont fait l'objet d'études concernant leur utilisant dans la synthèse de polymères.

L'invention vise donc à fournir un procédé de synthèse de nouveaux polymères biosourcés présentant des propriétés mécaniques et thermiques adaptées à de nombreuses utilisations.

Un autre objet de l'invention est de fournir des matériaux obtenus par ce procédé. Encore un autre objectif de l'invention est de fournir des utilisations, médicales ou non, des matériaux biosourcés obtenus.

Aussi, l'invention concerne un procédé de préparation d'un matériau réticulé élastique et flexible, comprenant :

une étape de mélange uniforme

o d'au moins un terpène comprenant au moins deux doubles liaisons conjuguées et une composition comprenant au moins un composé carboné polyinsaturé comprenant au moins une chaîne carbonée comprenant au moins 5 atomes de carbone, ou

o d'au moins un terpène et une composition comprenant au moins un composé

carboné polyinsaturé comprenant au moins une chaîne carbonée comprenant au moins 5 atomes de carbone, ladite au moins une chaîne carbonée comprenant au moins deux doubles liaisons conjuguées

ledit au moins un terpène et ladite composition étant mélangés dans des proportions variant de 40 : 60 à 60 : 40, notamment 50 : 50, et

une étape de chauffage à une température variant de 85°C à 185°C en présence d'oxygène pendant au moins 20 heures.

L'invention repose sur la constatation surprenante faite par les inventeurs qu'en présence d'oxygène, un mélange d'huile et de terpène peut, après chauffage, donner un matériau élastique et flexible, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser de solvant ou de catalyseur. La réaction, telle qu'elle est détaillée dans les exemples met en jeu à la fois des réactions de Diels aider (impliquant des doubles liaisons conjuguées et des réactions d'oxydation. Ces deux types de réaction concourent simultanément à la formation de réseau présentant les propriétés susmentionnées de souplesse et d'élasticité.

Par matériau « élastique », on entend dans l'invention un matériau qui peut se déformer temporairement sous l'action d'une force puis retrouver sa forme initiale au repos.

Par matériau « flexible », on entend dans l'invention un matériau qui peut se plier ou se courber aisément, qui présente une certaine souplesse.

Par « composé carboné polyinsaturé comprenant au moins une chaîne carbonée», on entend dans l'invention un composé chimique présentant au moins deux insaturation, c'est-à-dire au moins deux doubles liaisons C=C. Ces doubles liaisons sont dites conjuguées, c'est-à-dire que la molécule est constituée d'atomes liés par des liaisons covalentes avec au moins une liaison π délocalisée. EN d'autres termes, deux doubles liaisons sont dites conjuguées si dans une même molécule elles sont séparées par une liaison simple.

Le composé carboné, qui comprend essentiellement des atomes de carbone et d'hydrogène, mais qui peut comprendre des atomes d'O, N, d'halogènes..., comprend au moins une chaîne carbonée insaturée.

Cela signifie que le composé peut être linéaire (il comprend donc une chaîne carbone), mais également cyclique. De préférence, s'il est cyclique il comprend au moins une portion ou radical linéaire insaturé(e).

Des composés répondant à cette définition sont des hydrocarbures polyinsaturés, ayant au moins 5 atomes de carbone, des acides carboxyliques polyinsaturés ayant au moins 5 atomes de carbone, des acides gras polyinsaturés, ou tout hydrocarbure présentant au moins 5 atomes de carbone et pouvant présenter une ou plusieurs fonctions éther, alcool, acide, amine, amide, cétone, ou autre. En outre les composés peuvent être des éthers d'acides carboxyliques, comme les monoacyl glycérol, les diacyl glycérol ou les triacyl glycérols polyinsaturés.

Les composés avantageux sont le polyisoprène ou les acides gras poly insaturés, notamment les acides gras polyinsaturés en C10-C25, ou les monoacyl, diacyl ou triacyl glycérol correspondants.

Les acides gras polyinsaturés en C10-C25 sont des acides gras comprenant une chaîne carbonée comprenant 10 atomes de carbone, 11 atomes de carbone, 12 atomes de carbone, 13 atomes de carbone, 14 atomes de carbone, 15 atomes de carbone, 16 atomes de carbone, 17 atomes de carbone, 18 atomes de carbone, 19 atomes de carbone, 20 atomes de carbone, 21 atomes de carbone, 22 atomes de carbone, 23 atomes de carbone, 24 atomes de carbone ou 25 atomes de carbone.

Dans le cas particulier des diacyl glycérol ou des triacyl glycérol, qui possèdent respectivement deux ou trois acides gras, le composé sera dit polyinsaturé si un des acides gras présente au moins deux insaturations conjuguées, le ou les autres acides gras pouvant ne présent aucune insaturation C=C. Bien évidemment, si un, deux ou le cas échéant trois des acides gras présentent au moins deux doubles liaisons conjuguées, ces composés seront particulièrement avantageux.

Comme cal est montré dans les exemples, les proportions particulières de terpène et de ladite composition sont essentiels pour conférer des propriétés physicochimiques avantageuses au produit de la réaction.

La proportion de terpène te de composition varie de 40 :60 à 60 : 40, cela signifie donc que pour 40% en poids du mélange réactionnel de terpène, on ajoute 60% en poids de la composition (40 :60), ou pour 60 % en poids du mélange réactionnel de terpène on ajoute 40 % en poids de la composition (60 :40).

Les proportions couvertes par l'invention sont ainsi les suivantes :

Terpène (%) Composition (%) Ratio

40 60 40 : 60

41 59 41 : 59

42 58 42 : 58

43 57 43 : 57

44 56 44 : 56

45 55 45 : 55

46 54 46 : 54

47 53 47 : 53

48 52 48 : 52

49 51 49 : 51

Terpène (%) Composition (%) Ratio

50 50 50 : 50

51 49 51 : 49

52 48 52 : 48

53 47 53 : 47

54 46 54 : 46

55 45 55 : 45

56 44 56 : 44

57 43 57 : 43

58 42 58 : 42

59 41 59 : 41

60 40 60 : 40

Pour réaliser la réticulation entre le terpène et la composition susmentionnée la réaction à lieu en présence d'oxygène. Avantageusement, l'atmosphère comprenant de l'oxygène est une atmosphère enrichie en oxygène ou constituée d'oxygène. Dans cette atmosphère, l'oxygène présent se trouve avantageusement sous forme de dioxygène. De façon encore plus avantageuse, l'atmosphère contenant de l'oxygène est l'air ambiant ou est une atmosphère comprenant une quantité d'oxygène au moins égale à celle présente dans l'air ambiant (soit environ 20% du volume gazeux).

La réaction est réalisée par chauffage du mélange terpène/composition à une température variant de 85°C à 185°C, c'est-à-dire à une température de 85 °C, 86 °C, 87 °C, 88 °C, 89 °C, 90 °C, 91 °C, 92 °C, 93 °C, 94 °C, 95 °C, 96 °C, 97 °C, 98 °C, 99 °C, 100 °C, 101 °C, 102 °C, 103 °C, 104 °C, 105 °C, 106 °C, 107 °C, 108 °C, 109 °C, 110 °C, 111 °C, 112 °C, 113 °C, 114 °C, 115 °C, 116 °C, 117 °C, 118 °C, 119 °C, 120 °C, 121 °C, 122 °C, 123 °C, 124 °C, 125 °C, 126 °C, 127 °C, 128 °C, 129 °C, 130 °C, 131 °C, 132 °C, 133 °C, 134 °C, 135 °C, 136 °C, 137 °C, 138 °C, 139 °C, 140 °C, 141 °C, 142 °C, 143 °C, 144 °C, 145 °C, 146 °C, 147 °C, 148 °C, 149 °C, 150 °C, 151 °C, 152 °C, 153 °C, 154 °C, 155 °C, 156 °C, 157 °C, 158 °C, 159 °C, 160 °C, 161 °C, 162 °C, 163 °C, 164 °C, 165 °C, 166 °C, 167 °C, 168 °C, 169 °C, 170 °C, 171 °C, 172 °C, 173 °C, 174 °C, 175 °C, 176 °C, 177 °C, 178 °C, 179 °C, 180 °C, 181 °C, 182 °C, 183 °C, 184 °C ou 185 °C.

Il est particulièrement avantageux de réaliser la réaction à environ 100°C pendant au moins 38 heures.

Avantageusement, l'invention concerne le procédé susmentionné comprenant une étape de mélange uniforme d'au moins un terpène comprenant au moins deux doubles

liaisons conjuguées et une composition comprenant au moins un composé carboné polyinsaturé comprenant au moins une chaîne carbonée comprenant au moins 5 atomes de carbone.

Dans cette configuration, les doubles liaisons conjuguées du terpène vont être capables de former un cycle avec une double liaison composition comprenant au moins un composé carboné polyinsaturé, par une réaction de Diels Aider.

Avantageusement, l'invention concerne le procédé susmentionné comprenant une étape de mélange uniforme d'au moins un terpène et une composition comprenant au moins un composé carboné polyinsaturé comprenant au moins une chaîne carbonée comprenant au moins 5 atomes de carbone, ladite au moins une chaîne carbonée comprenant au moins deux doubles liaisons conjuguées.

Dans cette configuration, les doubles liaisons conjuguées la composition comprenant au moins un composé carboné polyinsaturé vont être capables de former un cycle avec une double liaison du terpène, par une réaction de Diels Aider.

Encore plus avantageusement, l'invention concerne le procédé tel que défini précédemment, dans lequel ledit terpène est choisi parmi le farnésène, le β-myrcène, l'ocimène et le myrcènol, ou encore la vitamine A, dont les formules sont les suivantes

-farnésène

-farnésène


oocimene


Ces terpènes présentent tous des doubles liaisons conjuguées, et pourront former un cycle avec une double liaison d'une autre molécule par la réaction de Diels Aider.

Encore plus avantageusement, l'invention concerne le procédé tel que défini précédemment, ladite composition comprenant au moins un composé est une composition comprenant ou constituée d'une ou plusieurs huiles végétales, notamment une huile végétale telle que l'huile de colza, l'huile de colza oléique, l'huile de tournesol, notamment une huile de colza ou une huile de tournesol, ou un mélange de celles-ci. Dans l'invention, on entend par huile végétale, un corps gras extrait d'une plante oléagineuse. On entend par plante oléagineuse toutes plantes dont les graines, les noix ou les fruits contiennent des lipides ou acides gras.

Un corps gras est une substance composée de molécules ayant des propriétés hydrophobes. Les corps gras sont majoritairement composés d'acides gras et de triglycérides qui sont des esters constitués d'une molécule de glycérol et de trois acides gras. Les autres composants forment ce que l'on appelle l'insaponifiable.

L'extraction de l'huile végétale par des méthodes traditionnelles nécessite souvent diverses opérations préliminaires, telles que le décorticage. Après ces opérations, la culture est broyée en une pâte. La pâte, ou parfois le fruit entier, est bouillie en présence d'eau et sous agitation jusqu'à séparation de l'huile. Ces méthodes traditionnelles ont un faible taux d'efficacité.

Les méthodes modernes de récupération de l'huile comprennent des étapes de cassage et de pressage, ainsi que la dissolution dans un solvant, le plus souvent l'hexane. L'extraction de l'huile avec un solvant est une méthode plus efficace que le pressage. Le résidu laissé après l'extraction de l'huile (tourteaux ou farine) est utilisé comme aliment pour animaux.

Les huiles végétales brutes sont obtenues sans traitement supplémentaire autre que le dégommage ou la filtration. Pour les rendre propres à la consommation humaine, les huiles végétales comestibles sont raffinées pour éliminer les impuretés et substances toxiques, un processus impliquant le blanchiment, la désodorisation et le refroidissement. Les huiles envisagées dans l'invention végétales comprennent les huiles brutes, raffinées ou fractionnées ou les co-produits issus de l'extraction des huiles.

À quelques exceptions près, et contrairement aux graisses animales, les huiles

végétales contiennent des acides gras majoritairement insaturés de deux sortes: monoinsaturés (comme l'acide palmitique, l'acide oléique ou l'acide érucique) et polyinsaturées (comme l'acide linoléique).

Encore plus avantageusement, l'invention concerne le procédé tel que défini précédemment, ladite composition comprenant au moins un composé est une composition comprenant ou constituée d'une ou plusieurs huiles comprenant l'un au moins des acides gras suivants : l'acide ruménique, l'acide parinarique, l'acide éléostéarique, l'acide punicique l'acide calendique ou les acides linoléiques conjugués, dont les formules sont les suivantes :


Acide ruménique

rinarique


Acide β-éléostéarique


l'acide calendique

L'acide ruménique (acide (9Z, 11 E)-octadéca-9, 11-diénoïque) est un acide linoléique conjugué que l'on retrouve notamment dans les produits laitiers.

L'acide parinarique (acide octadéca-9, 11 , 13,15-tétraénoïque) est retrouvé dans les graines d'Atuna, dont les constituants principaux sont à 46 % l'acide α-parinarique et à 34 % l'acide α-éléostéarique, et dans les balsamines des jardins, où il représente plus de 29% des acides gras.

L'acide α-éléostéarique, outre dans les graines d'Atuna (voir ci-dessus) est retrouvé dans l'huile de tung (où il représente 80% des acides gras) et l'huile de margose (où il représente 60% des acides gras).

L'acide punicique (acide (9Z, 11 E, 13Z)-octadéca-9, 11 , 13-triénoïque) est retrouvé principalement dans les graines de grenade et les graine de gourde.

L'acide calendique (acide (8E, 10E, 12Z)-octadéca-8, 10, 12-triénoïque) est quant à lui retrouvé dans les soucis, du genre Calendula.

Dans un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne le procédé tel que défini précédemment, dans lequel ledit au moins un terpène est choisi parmi le farnésène ou le β-myrcène et ladite composition comprenant au moins un composé carboné polyinsaturé est une huile de colza ou de tournesol.

Aussi, il est particulièrement avantageux dans l'invention de mettre en œuvre le procédé ci-dessus mentionné en mélangeant :

- du farnésène avec de l'huile de tournesol ou de colza, ou

- du β-myrcène avec de l'huile de tournesol ou de colza.

Bien évidemment, les mélanges d'huiles (colza et tournesol) peuvent également être envisagés. Il en est de même pour les mélanges de farnésène et de myrcène.

L'invention concerne également un matériau réticulé élastique et flexible, notamment sous la forme d'un film élastique et flexible, susceptible d'être obtenu par le procédé tel que défini précédemment.

Avantageusement, l'invention concerne un matériau réticulé élastique et flexible, notamment sous la forme d'un film élastique et flexible, consistant essentiellement un réseau d'acides gras sur lesquels sont greffés, au niveau des insaturations, des terpènes, la proportion de terpène et d'acide gras variant de 40 :60 à 60 :40.

Le matériau élastique selon l'invention est notamment caractérisé par une température de transition vitreuse variant de 20 à 75 °C, de préférence de 20 à 65 °C.

Dans le cas avantageux où le matériau selon l'invention est essentiellement constitué de myrcène et d'huile de tournesol, dans une proportion variant de 40 :60 à 60 :40, ce matériau a une température de transition vitreuse variant de 25 à 65 °C, notamment de 30°C à 65 °C. De manière avantageuse, un matériau constitué essentiellement de 50% de myrcène et 50% d'huile de tournesol a une température de transition vitreuse d'environ 45°C.

Dans le cas avantageux où le matériau selon l'invention est essentiellement constitué de farnésène et d'huile de tournesol, dans une proportion variant de 40 :60 à 60 :40, ce matériau a une température de transition vitreuse variant de 20 à 40 °C, notamment de 20°C à 35 °C. De manière avantageuse, un matériau constitué essentiellement de 50% de myrcène et 50% d'huile de tournesol a une température de transition vitreuse d'environ 22 à environ 29°C.

Le matériau élastique selon l'invention est en outre notamment caractérisé par les propriétés physicochimiques suivantes :

- un nombre moyen de réticulations par unité de volume de 105 à 125 mol/m3, notamment pour les matériaux comportant du myrcène, et/ou

- un module de conservation de 0,85 à 1 ,2 MPa.

L'invention concerne en outre l'utilisation d'un matériau tel que défini ci-dessus, pour la préparation de contenant alimentaires biodégradables et/ou compostables, d'emballages, de revêtements, notamment de revêtements de surfaces, pour la préparation de pièces injectées ou fabriquées par extrusion ou pour la préparation de revêtements de surfaces, notamment pour la fabrication de revêtements intérieurs pour véhicules, ou pour son utilisation en tant que matériau pour la libération de principes actifs d'un médicament ou d'un additif en nutrition animale.

Notamment l'invention concerne un matériau susmentionné pour la libération contrôlée d'une molécule active ou d'un médicament chez un animal notamment l'homme.

L'avantage d'un tel matériau est qu'il est capable de retenir un composé à effet thérapeutique et de le restituer progressivement au cours d'une thérapie. Du fait de sa composition (huile et terpène) ce composé est particulièrement adapté à une utilisation en thérapie humaine, car il ne présente que très peu de risques pour la santé.

Le matériau selon l'invention est avantageusement utile pour la délivrance de composés actifs, notamment hydrophobes, tels que des agents anticancéreux, antiinflammatoires, antiémétiques, antihypertenseurs, des hormones sexuelles et stéroïdes ou encore les huiles essentielles et leurs composés actifs. Des exemples plus précis sont :

- pour les agents anticancéreux : le paclitaxel, le docetaxel, la camptothécine, la doxorubicine, la daunomycine, le cisplatine, le 5-fluorouracile, la mitomycine, le méthotrexate, et l'etoposide;

- pour les agents antiinflammatoires : l'indométhacine, l'ibuprofène, le kétoprofène, le flubiprofène, le dichlofenac, le piroxicam, le ténoxicam, le naproxène, l'acide acétyl salicilique, et l'acétaminophène;

- pour les agents anti fongiques : l'itraconazole, le kétoconazole et l'amphotéricine,

- pour les hormones sexuelles : la testosterone, l'oestrogène, la progestérone, et oestradiol;

- pour les hormones stéroïdes la déxaméthasone, la prédnisolone, la bétaméthasone, l'acétonide de triamcinolone et l'hydrocortisone,

- pour les agents antihypertenseurs : le captopril, le ramipril, la térazosine, le minoxidil, et la parazosine,

- pour les antiémétiques : l'ondansétron et le granisétron,

- pour les antibiotiques : le métronidazole et l'acide fusidique, les cyclosporines, les prostaglandines; et l'acide biphényle diméthyle dicarboxylique.

Aussi, un aspect de l'invention concerne un médicament comprenant un principe actif contenu dans une enveloppe, l'enveloppe étant en un matériau tel que défini ci-dessus.

Un autre aspect concerne une méthode de traitement d'une pathologie comprenant l'administration à un individu dans le besoin d'un médicament contenu dans un matériau tel que défini ci-dessus, pour une administration contrôlée ou continue.

L'invention concerne par ailleurs un matériau tel que défini ci-dessus, en tant qu'agent galénique pour la préparation d'un médicament apte à être administré de manière continue chez un animal ou un individu.

L'invention concerne par ailleurs un matériau tel que défini ci-dessus, pour son utilisation en chirurgie humaine ou animale.

Comme mentionné ci-dessus, du fait de sa composition, le matériau peut facilement utilisé pour la préparation de revêtement de prothèse, d'implants sous-cutanés ou à placer dans la cavité péritonéale afin de distribuer sur une longue période de temps, de manière continue, un médicament ou une composition pharmaceutique, ou un mélange de médicaments.

L'invention sera mieux comprise à la lumière des figures et des exemples suivants

LEGENDE DES FIGURES

La Figure 1 représente un graphique montrant un spectre de Raman (déviation en cm"1) du β-myrcène (M100 ; A) et des polymyrcènes (PM100) avec (B) et sans (C) O2 après 140h de réaction à 100°C. Les pics caractéristiques sont indiqués par des flèches. La Figure 2 représente un graphique montrant la conversion des doubles liaisons du myrcène au cours de la réaction à 100°C. L'axe des abscisses représente le temps en heures et l'axe des ordonnées le pourcentage de conversion.

La Figure 3 représente un graphique montrant la conversion des doubles liaisons du myrcène (A) et du polymyrcène (B au bout de 3h) durant la réaction à 100°C. L'axe représente le nombre d'onde en cm"1.

La Figure 4 représente un graphique montrant un spectre de Raman (déviation en cm"1) du matériau S50M50 au début de la réaction (A ; R=0, 18), après 140h de réaction à 100°C en présence d'02 (B ; R=0,40) et après 140h de réaction à 100°C en présence d'02 (C ; R=0, 17).

La Figure 5 représente un spectre infrarouge à transformée de Fourier (FT IR) des polymères S50M50 avant la réaction (A), 68h après le début de la réaction à 100°C en présence d'oxygène (B) et 48h après le début de la réaction à 100°C en absence d'oxygène (B)

La Figure 6 représente un graphique montrant des courbes de perte de masse en fonction du temps pour les différents matériaux PS100, PM100 et S50M50. L'axe des abscisses représente la température en °C et l'axe des ordonnées représente la perte de masse en pourcents.

Les Figures 7A et 7B représentent l'évolution des propriétés thermomécaniques des matériaux PS100, SeoM2o, SeolVUo, S50M50 et S20M80.

La figure 7A représente l'évolution en fonction de la température (en °C) du facteur d'amortissement Tanô.

La figure 7B représente l'évolution en fonction de la température (en °C) du module de conservation E'.

La Figure 8 représente des graphiques montrant différentes propriétés mécaniques des matériaux S20M80, S30M70, S40M60, S50M50 and S60M40 : A : Module de Young en MPa, B : la résistance à la traction en MPa et C : l'élongation à la rupture en %.

La Figure 9 représente un graphique montrant la conversion des doubles liaisons du farnesène (A) et du polyfarnésène (B au bout de 72h) durant la réaction à 100°C. L'axe représente le nombre d'onde en cm"1.

Les Figures 10 A à D représentent des photographies montrant les propriétés macroscopiques des différents matériaux.

La figure 10A est une photo montrant l'aspect cassant d'un matériau F100 (100%

farnésène).

La figure 10B est une photo montrant la souplesse d'un matériau S50F50 (50% huile -50% farnésène).

La figure 10C est une photo montrant l'élasticité d'un matériau S50F50 (50% huile -50% farnésène).

La figure 10D est une photo montrant l'aspect déchirable d'un matériau S100 (100% huile).

La Figure 11 représente un graphique montrant un spectre de Raman (déviation en cm"1) du matériau F50M50 au début de la réaction (A), après 192h de réaction à 100°C en présence d'Û2 (B) et après 192h de réaction à 100°C en présence d'C>2 (C).

Les Figures 12A et 12B représentent l'évolution des propriétés thermomécaniques des matériaux PS100, S80F20, S70F30 et S50F50.

La figure 12A représente l'évolution en fonction de la température (en °C) du module de conservation E'.

La figure 12B représente l'évolution en fonction de la température (en °C) du facteur d'amortissement Tanô.

La Figure 13 représente un graphique montrant le taux de gonflement (q ; ordonnées) du matériau S50F50 dans de l'eugénol au cours du temps (en heures).

La Figure 14 représente un graphique montrant le relargage de l'eugénol dans l'eau (en mg/L ; ordonnées) du matériau S50F50 au cours du temps (en heures).

Les Figures 15 A à D représentent des photographies montrant les propriétés macroscopiques des différents matériaux.

La figure 15A est une photo montrant l'aspect cassant d'un matériau M100 (100% myrcène).

La figure 15B est une photo montrant la souplesse d'un matériau S50M50 (50% huile -50% myrcène).

La figure 15C est une photo montrant l'élasticité d'un matériau S50M50 (50% huile -50% myrcène).

La figure 15D est une photo montrant l'aspect déchirable d'un matériau S100 (100% huile).

La Figure 16 représente un graphique montrant le taux de gonflement (q ; ordonnées) du matériau S50F50 (courbe avec des triangles) et du matériau S50M50 (courbe avec des losanges) dans de l'eugénol au cours du temps (en heures).

EXEMPLES

Exemple 1 : Exemple de matériau composé de myrcène et d'huile de tournesol

Au cours des dernières décennies, le développement de molécules biosourcées ayant pour but de remplacer les produits dérivés du pétrole n'ont cessés d'augmenter.

Dans ce contexte écologique, les huiles végétales ont été intensément étudiées en vue de synthétiser des polymères du fait de leur caractère renouvelable. Cependant, du fait de la grande flexibilité des chaînes alkyles des acides gras, les polymères à base d'huiles végétales disposent de propriétés thermomécaniques réduites.

Afin de palier à ces inconvénients, les inventeurs ont proposé de préparer des réseaux plus « écologiques » en mettant à profit la réaction de Diels Aider, en l'absence de catalyseur et de solvant.

Le myrcène te l'huile de tournesol ont ainsi été utilisés sans autre modifications chimiques. Les inventeurs ont ainsi obtenu et décrit une nouvelle classe de matériaux se présentant sous la forme d'un réseau, et les proportions optimales de chacun des composants a été évaluée par les inventeurs.

Matériels et Méthodes

Produits

Le myrcène a été obtenu chez Sigma-AIdricht et a été utilisé sans plus de purification. L'huile de tournesol a été gracieusement fournie par Lesieur (Coudekerque, France), et utilisée telle quelle. L'huile de tournesol comprend de l'acide palmitique (6,25%, de l'acide stéarique (3,89%) de l'acide oléique (25,62%) et de l'acide linoléique (62,71 %).

Synthèse du réseau d'huile et de myrcène SxM100-x

L'huile de tournesol et le myrcène sont mélangés uniformément avec différents ratios en masse à température ambiante avec un agitateur magnétique pour obtenir une solution homogène.

Un réseau obtenu avec 0,5 grammes de myrcène et 0,5g d'huile sera noté S50M50. Après agitation, le mélange a été déposé dans un moule en silicone (de 5 x 2,5 cm) pour former un film d'épaisseur constante et la solution a été durcie dans un four à 100°C pendant des temps variables.

Appareillage

Les spectres 1H ont été enregistrés à l'aide d'un spectrophotomètre BRUKER AVANCE II NMR, à 400 MHz. Le pic de solvant (Chloroforme, 7,26ppm) a été utilisé comme référence. Les spectres FTIR ont été obtenus à l'aide d'un appareil TENSOR 27 de Bucker (Digi Tect DLATGS détecteur, 32 scans, 4 cm-1) dans la gamme de 500 à 4000 cm-1. La spectrométrie d'investigation de Raman a été réalisée en utilisant un spectrophotomètre LabRam HR de Horiba Jobin Yvon (Lonjumeau France) équipé d'un laser émettant à 633 nm. Les caractéristiques thermiques et de décomposition des matériaux ont été déterminés par des analyses de gravimétrie thermique (TGA) à l'aide d'un appareil Setaram Setsys Evolution 16, à une température variant de 20 à 800°C avec un niveau de chauffage de 10°C par minute sous un flux d'air à 20mL/min. Les

propriétés mécaniques ont été mises en œuvre dans une machine de test universel Instrom 5965 avec un taux de déplacement de 2mm/min à température ambiante (23°C ± 2°C). Les analyses dynamiques, mécaniques et thermiques (MDTA) ont été réalisées avec un DMA Q800 de chez Texas Instrument, à une fréquence d'1 Hz dans une configuration de traction.

Résultats

Synthèse de polymyrcène PM100

Tout d'abord, du polymyrcène PM100 a été préparé par une réaction de Diels Aider à 100°C sans solvant ni catalyseur. Afin de tester l'effet du temps sur la structure du polymyrcène, la réaction a été étudiée à différents temps, de Oh jusqu'à 140h. La figure 1 représente le spectre Raman du monomère, le myrcène M100 et du polymyrcène PM100.

Les bandes asymétriques -CH2 et -CH3 apparaissent comme des bandes larges à 2915 cm-1. La structure chimique du PM100 a été confirmée avec la disparition de la bande à 3011 cm"1, correspondant à la bande aliphatique =C-H de C1 , C3 et C4 (spectre non montré). Les bandes Raman à 1635 et 1670 cm-1 sont caractéristiques des conjugués C1 =C2 et C3=C4, et des insaturations isolées C7=C8 de M 100. Après trois heures de réaction à 100°C, une nouvelle bande à 1656 cm"1 est apparue, cette bande étant caractéristique de la présence de groupes insaturés dans un cycle attestant de la réaction de Diels Aider. Dans la même période, les inventeurs ont observé la diminution des bandes C1 =C2 et C3=C4. La figure 2 représente la conversion des doubles liaisons au début de la réaction. La conversion a été calculée par le ratio d'intensité de bande des groups insaturés et de la bande à 1433 cm-1, dont l'intensité reste constante au cours de la réaction.

Le contenu en C7=C8 semble être constant du fait de la faible réactivité de ce type d'insaturation. Au contraire, il y a une rapide diminution de la proportion de doubles liaisons conjuguées C1 =C2 et C3=C4, et dans le même temps une augmentation de C2'=C3' qui correspond à l'apparition d'une insaturation dans le cycle héxatomique formé lors de la réaction de Diels Aider.

Après 24h de réaction en présence d'oxygène, une large bande à 1713 cm-1, caractéristique des produits d'oxydation apparaît alors qu'elle n'était pas présente dans le cadre de la même réaction en l'absence d'oxygène. Du fait de la sensibilité différente entre les spectrométries FTIR et de Raman, les groupes oxydés sont facilement détectables à 3400, 1713 et 1050 cm"1 après 3 heures de réaction sous la forme de bandes d'absorption larges et intenses (figure 3). Aussi, la formation de polymyrcène PM100 obtenu à 100°C est due à deux réactions principales qui sont respectivement les réactions de Diels Aider, comme en atteste la spectroscopie de Raman, et des réactions de réticulation simultanées du fait de la présence d'oxygène capable de réagir avec des groupes insaturés, comme en témoigne la spectroscopie FTIR.

Préparation de réseaux composés d'huile de tournesol et de myrcène SxM100-x

Des réseaux ont été préparés en utilisant différentes proportions de myrcène, de 20 à 80% en poids afin d'évaluer l'importance de l'incorporation d'huile végétale sur les propriétés des réseaux, été en particulier les propriétés mécaniques.

D'une part l'huile de tournesol comprend au moins 1 ,5 groupes insaturés capables d'augmenter la densité de réticulation par réaction de Diels Aider avec le myrcène, mais d'autre part cette huit contient des acides gras possédant de longues chaînes carbonées ce qui augmente la flexibilité du système. Le spectre Raman d'un réseau S50M50 est représenté en figures 4. Les bandes 1655 et 1740 cm-1 correspondent à la double liaison et au groupe ester de l'huile de tournesol tandis que les bandes à 1635 et 1670 cm-1 sont représentatives du myrcène. En conséquence, le spectre du réseau S50M50 présente clairement les différents groupes insaturés du myrcène et de l'huile de tournesol avec des déplacements de de Raman distincts. Les intensités de ces bandes ont changées durant la réaction et les proportions de réaction ont été estimées par la détermination d'une valeur R définie par le ratio de l'intensité de la bande à 1740 cm-1 et 1433 cm-1. Les valeurs R varient de 0, 18 (à cause de la présence d'une bande à 1740 cm-1 caractéristique du groupe ester de l'huile) jusqu'à 0,40 après 140 h de réaction en présence d'oxygène. L'augmentation du ratio a montré l'importance de la formation de produits oxydés. En absence d'oxygène, le ratio R (1 ,80) est constant tout au long de la réaction, jusqu'à 140 heures. Les inventeurs ont pu estimer l'importance de la présence d'oxygène durant la formation du réseau et la formation des produits oxydés. Par FTIR, les bandes à 891 , 1594 et 3093 cm-1, caractéristiques des doubles liaisons, diminuent avec ou sans oxygène. Des bandes larges et intenses apparaissent après 3 heures de réaction à 3400 et 1194 cm-1. Ces bandes sont caractéristiques des produits d'oxydation et ne sont pas observées lors que la réaction est mise en œuvre en l'absence d'oxygène (voir figure 5). Bien que la présence d'oxygène conduise à des réactions secondaires autres que la réaction de Diels Aider, il s'avère que les films obtenus sont très lices, d'aspect homogène et présentent des caractéristiques intéressantes de flexibilité.

Nécessité des réactions de Diels-Alder pour obtenir les matériaux

Pour vérifier la nécessité des réactions de Diels-Alder pour obtenir les matériaux selon l'invention, les inventeurs ont effectués des tests en utilisant des mélanges d'huile de tournesol et des composés ne comprenant pas de doubles liaisons conjuguées :

- du limonène de formule suivante


pour obtenir un matériau S50L50,

- du géraniol de formule suivan


pour obtenir un matériau SsoGso- Le limonène et le géraniol ne sont pas capables d'initier des réactions de Diels-Alder en présence d'huile de tournesol (dont les acides gras ne comportent pas de doubles liaisons conjuguées). Les réactions ont été menées dans les conditions susmentionnées.

Les matériaux S50L50 et S50G50 sont sensiblement identiques aux matériaux S 100, c'est-à-dire souples et facilement déchirables.

Cela témoigne de la nécessité des réactions de Diels-Alder pour conférer les propriétés élastiques aux matériaux de l'invention.

Etudes des propriétés rhéologiques et mécaniques des réseaux synthétisés SxM100-x

La stabilité de l'huile de tournesol PS100, du myrcène PM100 et du réseau S50M50 a été étudiée par des analyses de gravimétrie thermique TGA (figure 6). Le S50M50 présente des caractéristiques d'une dégradation en trois étapes, avec une première étape apparaissant entre 200 et 350°C, suivie d'une étape entre 375 et 450°C et une troisième étape de 450 à 500°C. La décomposition thermique initiale (5% de perte en poids) a lieu au-dessus de 300°C démontrant que le réseau possède une stabilité thermique modérée.

Les caractérisations des dynamiques mécaniques des réseaux durcis ont été réalisées au moyen d'analyses de type DMA. Les thermogrammes DMA pour des systèmes durcis contenant de 0% à 80% de myrcène sont représentés en figures 7A et 7B. Le module de conservation E' est corrélé à la densité de tassement moléculaire du fait d'un meilleur tassement des fragments de chaîne. La plus haute valeur de E' à 25°C est 1000 Mpa, obtenue avec 80% en poids de myrcène. Cette valeur est significativement diminuée (3 MPa) lorsque le contenu en huile de tournesol est d'environ 80%. Ceci est corrélé au libre mouvement des chaînes de polymère dans les réseaux qui contiennent plus d'huile végétale et sont pas conséquent moins réticulées. La courbe tanô montre un maximum qui est attribué pour être la Tg des réseaux durcis. Chacun des réseaux dispose d'une simple Tg, ce qui démontre que tous les systèmes sont compatibles et homogènes, excepté le réseau S20M80 qui semble moins défini. Les données montrent clairement une diminution de la Tg des réseaux durcis corrélée à l'augmentation de la quantité d'huile de tournesol dans la formulation. La plus grande valeur, 92,3°C, est obtenue pour le réseau S20M80 alors qu'une diminution de la Tg est observée pour le réseau SeolVbo qui atteint 19,8°C. La flexibilité est attribuable à l'introduction d'unités d'huile végétale dans le réseau. Toutefois, les courbes montrent une large région de température de transition vitreuse pour tous les matériaux. Ce comportement est caractéristique des matériaux themodurcissables dérivés des huiles végétales, à cause de l'effet plastifiant des chaînes d'acide gras. Selon la théorie de l'élasticité du caoutchouc, l'équation (1 ) a été utilisée pour décrire la relation entre Me (moyenne de la masse moléculaire d'un segment entre les points de réticulation) et ve (la densité de réticulation en mol. cm-3) avec le module de conservation (Ε') des termodurcissables au plateau caoutchoutique :

Me = 3dRT/E' = d/ ve

où E', d, R and T sont respectivement le module de conservation (MPa) à une Tg de + 30°C, la densité du réseau (0,99 g. cm-3), la constante des gaz (8.314 J.mo K"1), and la température (K). Les densités de réticulation, ve (nombre moyen de réticulations par unité de volume) ont été calculées pour différentes concentrations de myrcène.

S100 13,8 0,37 46,8

S80M20 19,8 0,61 75,7

S60M40 30,5 0,91 109,4

S50M50 46,7 0,96 1 10, 1

S50M50 (96h) 62, 1 1 ,08 1 17,7

S20M80 92,3 1 ,45 147, 1

Le Tableau 1 représente les propriétés thermiques et mécaniques des réseaux SxMi0o-x

La valeur de E' à +30°C a été prise pour s'assurer que les réseaux étaient dans un état caoutchoutique. Le matériau PS100 composé seulement d'huile végétale présente la plus haute masse molaire moyenne de segments entre les points de réticulation, MC,

puisque le réseau résultant est seulement formé par les réactions de réticulation en présence d'oxygène. Il est clair que les densités de réticulation augmentent avec le contenu en myrcène de 46,8 jusqu'à 174.1 mol. m-3. En théorie, le myrcène dispose de trois doubles liaisons réactives capables de réagir dans des réactions de Diels Aider et les réactions de réticulation. Bien que les masses molaires entre les points de réticulation diminuent de 21141 g. mol"1 pour le SeolVbo à 6732 g. mol"1 pour S20M80, ces valeurs sont toujours supérieures à la masse molaire du myrcène et de l'huile de tourne sol. Par conséquent, il est possible de considérer que toutes les doubles liaisons ne sont pas engagées dans une de ces réactions mais que les réseaux résultants ont la capacité de former des films facilement sauf pour les polymères PM100. Ce matériau est trop fragile pour former des films homogènes et pour mesurer ses propriétés mécaniques par DMA. Cette augmentation de la réticulation est simultanément corrélée avec la diminution de Me et l'augmentation de la Tg. La Tg atteint 92,3°C quand le contenu en myrcène est d'environ 80%. En conséquence, l'unité de myrcène est plus petite que celle d'acide gras, ce qui diminue la distance des réticulations. Par contre, les unités d'acides gras contiennent des chaînes aliphatiques plus flexibles et une quantité plus élevée de volume libres.

La figure 8 montre les propriétés élastiques des différents réseaux. Bien que la performance mécanique du réseau S20M80 avec un module de traction élevé (97 MPa) et une résistance à la traction élevée (8,8 MPa) soient très intéressantes, ce matériau montre une fragilité importante.

Donc, le réseau S50M50 est le matériau le plus prometteur combinant de bonnes propriétés mécaniques et une remarquable flexibilité. En comparaison, les propriétés de ce matériau sont totalement différentes de celles obtenues par réticulation par irradiation UV de myrcène modifié et d'huile de tung du fait de la plus faible densité de réticulation obtenu avec le procédé selon l'invention comparé à la polymérisation initiée par les UV. Les réseaux obtenus selon l'invention sont de manière surprenante homogènes et flexibles et présentent une importante élongation à la rupture, jusqu'à 108%, alors que cette élongation à la rupture n'excède pas 11 % dans les systèmes obtenus par réticulation par irradiation UV.

Conclusions

Les réseaux obtenus à partir de myrcène et d'huile de tournesol ont été obtenus avec succès selon un procédé catalytique respectueux de l'environnement selon un procédé chimique vert n'utilisant ni solvant ni catalyseur. La présence de réactions d'oxydation est également responsable de la formation du réseau comme cela a été démontré avec les spectroscopies de Raman et FTIR. Les matériaux obtenus sont très homogènes et

cette méthode permet d'obtenir une grande variété de réseaux ayant des températures de transition vitreuse variant de 19,8 à 92,3°C. L'utilisation de myrcène qui est un terpène contenant trois doubles liaisons et d'huile de tournesol est une très bonne stratégie pour développer des réseaux sans catalyseur ni solvant. Pour renforcer les propriétés mécaniques de ces réseaux il est nécessaire d'effectuer des études complémentaires, notamment concernant l'incorporation de lignine qui est une matière première attractive ce qui donnerait une plus-value importante à ce matériau. Toutefois, la lignine possède la capacité d'agir en tant que stabilisant et d'antioxydant du fait de sa structure similaire aux phénols à encombrement stérique prévenant le vieillissement thermo-oxydatif de ces matériaux durant leur utilisation.

Exemple 2 : Exemple de matériau composé de farnésène et d'huile de tournesol

Dans une seconde série d'expérience, les inventeurs ont fabriqué des matériaux à partir de farnésène et d'huile de tournesol dans les conditions expérimentales décrites dans l'exemple 1.

Du polyfarnésène PF100 a été préparé par une réaction de Diels Aider à 100°C sans solvant ni catalyseur.

Après 24h de réaction en présence d'oxygène, une large bande à 1713 cm-1, caractéristique des produits d'oxydation. La réaction du farnésène sur lui-même à 100°C conduit à la diminution des doubles liaisons et à l'apparition de produits oxydés (figure 9) :

Large bande OH à 3429 cm"1

Bande C=0 à 1711 cm"1

Bande C-O-C à 1039 cm"1.

L'aspect des différents matériaux testés est montré en figures 10A à D.

Les spectres Raman du matériau S50F50 avant la réaction après 192 heures de réaction à 100°C avec ou sans O2 sont montrés en figure 11.

Les bandes présentes à 1585, 1632 et 1667cm"1 sont caractéristiques des doubles liaisons du farnésène, tandis que la bande à 1655cm"1 est caractéristique des doubles liaisons présentes dans l'huile de tournesol.

Les doubles liaisons diminuent après 192h de réaction en absence d'oxygène, ce qui permet d'affirmer qu'il se produit une réaction de Diels-Alder.

En présence d'oxygène, cette diminution est beaucoup plus marquée.

La formation d'un film est donc la combinaison entre des réactions de Diels-Alder (grâce à la présence de doubles liaisons conjuguées du farnésène et aux doubles liaisons des huiles) ainsi que des réactions d'oxydation en présence d'oxygène.

En l'absence d'oxygène, les inventeurs ont obtenu un gel très visqueux. Un film n'est obtenu qu'en présence d'oxygène. L'oxygène de l'air est donc indispensable pour former le matériau

Les caractérisations des dynamiques mécaniques des réseaux durcis comprenant du farnésène ont été réalisées au moyen d'analyses de type DMA. Les thermogrammes DMA pour des systèmes durcis contenant de 0% à 80% de farnésène sont représentés en figures 12A et 12B. Le module de conservation E' est corrélé à la densité de tassement moléculaire du fait d'un meilleur tassement des fragments de chaîne. E' augment avec la quantité de farnésène dans le matériau. La courbe tanô montre un maximum qui est attribué pour être la Tg des réseaux durcis. Chacun des réseaux dispose d'une simple Tg, ce qui démontre que tous les systèmes sont compatibles et homogènes.

Les températures de transition vitreuses obtenues sont les suivantes :

Tg (°C)


Tout comme les matériaux comprenant du myrcène, les réseaux obtenus à partir de farnésène et d'huile de tournesol ont été obtenus avec succès selon un procédé catalytique respectueux de l'environnement selon un procédé chimique vert n'utilisant ni solvant ni catalyseur.

Exemple 3 : Utilisation d'un matériau selon l'invention

Afin de tester les propriétés des matériaux obtenus, les inventeurs ont évalué des propriétés des matériaux S50F50.

Dans une première approche, les inventeurs ont testé la capacité de gonflement des matériaux. Les résultats sont présentés en figure 13.

Le taux de gonflement q (q= [(masse du réseau gonflé - masse initiale)/masse du réseau gonflé] x 100) mesuré au cours du temps montre que le matériau gonfle de manière importante dans les solvants apolaires ainsi que dans les terpènes tels que l'eugénol. Le matériau est capable de piéger jusqu'à 250% de sa masse en eugénol.

Dans un second temps, mettant à profit les propriétés de l'eugénol (inhibition de la croissance bactérienne chez E. Coli et S. aureus à une concentration minimale de 900 mg/L), les inventeurs ont testé le relargage de l'eugénol ainsi précédemment testé dans les tests de gonflement.

Des films (0,2 g) ont été plongés dans 5 mL d'une solution d'eugénol dans l'eau (6 mg/mL) pendant 30min. L'absorption (variation de masse) au bout de 30 min était de 8%.

Puis la capacité du film à libérer l'eugénol dans l'eau a été suivie sur une période de 720h (1 mois), à température ambiante. Le taux de libération a été analysé par chromatographie en phase gazeuse (CPG) (Figure 14).

Le matériau de départ (F50S50) contient de l'eugénol piégé (Amasse = 8%). Au bout de 720h, le matériau a libéré jusqu'à près de 1000mg/L d'eugénol.

Ces résultats montrent que les matériaux de l'invention peuvent être utilisés comme réservoir ou comme matériau pour la libération de principes actifs, notamment des principes actifs médicamenteux.

Exemple 3 : Comparaison des propriétés de gonflement des matériaux S50M50 et SsoFso- Selon la théorie du gonflement de Flory, le gonflement d'un matériau est lié à : i) l'élasticité, ii) l'affinité pour la solution et iii) la densité de réticulation. Dans ce but, les inventeurs ont testés le gonflement des matériaux S50M50 et SsoFso- Puisque ces réseaux sont constitués de composés hydrophobes, un gonflement en présence de composés organiques est attendu. Les huiles essentielles constituent une source importante de composés mono-aromatiques couvrant un large spectre de structures chimiques. Parmi elles, l'eugénol, extrait de l'huile de clou de girofle, de formule suivante :


est un composé phénolique intéressant et facilement disponible.

Les propriétés biologiques de l'eugénol dues à son groupe phénol sont utilisées depuis très longtemps pour fabriquer des résines dentaires ou pour augmenter les propriétés antibactériennes de biopolymères.

L'incorporation d'eugénol dans des films S50M50 et S50F50 selon l'invention, à température ambiante a été testée par les inventeurs en vue de préparer des nouveaux biopolymères présentant des propriétés antibactériennes ou pour disposer d'un matériau susceptible de délivrer de l'eugénol.

Le taux de diffusion de l'eugénol dans le film dépend de la nature du terpène comme l'indiquent les résultats en figure 16.

Le taux de gonflement est très rapide pour les matériaux comprenant du farnésène, environ 120% en poids en deux heures, alors qu'il n'est que de 25% en poids dans le même temps pour les composés comprenant du myrcène. Ces

résultats s'expliquent par la structure des polymères : les points de réticulations sont de 17074 g. mol"1 pour le S50M50 alors qu'il n'est que de 8994 g. mol"1 pour le

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.