Etude comparative de la mésostructure du caoutchouc naturel par A4F-MALS et SEC-MALS

Plateforme LipPol-Green http://www.supagro.fr/plantlippol-green

S. Dubascoux, C. Thepchalerm, S. Wisunthorn,

E.Dubreucq, C. Nakason, F. Bonfils

Etude comparative de la mésostructure du

caoutchouc naturel par A4F-MALS et SEC-MALS

SEP 2011 – 23-25 mars 2011 1

Le Caoutchouc naturel

Collecte

Produits

Caoutchouc

Conclusion Problématique Méthodologie Résultats

poly

100%

100%

(cis-1,4-isoprene) •Poly(cis-1,4-isoprene): 94 - 96 % •lipides: 1,5 – 3 % •Protéines : 1,5 - 3 % •Sucres: 0,4 % •Minéraux: Mg_{g ,}2+_{, Ca}2+_{, . . , .}

Structure du caoutchouc naturel :

¾ Cristallisation sous déformation perpendiculaire à cette déformation

• Grande élasticité

• Faible propagation des entailles

• Excellent « collant à cru » (adhésion)

¾ Faible échauffement interne

¾ Excellente tenue à cru

Avantage du caoutchouc naturel :

Impossible de se passer du CN

O O O Macrostructure SEP 2011 – 23-25 mars 2011 3 Mésostructure macromolécule Gel L

P

L

P

Llipide

P

protéine CH2 O CH O O CH2 R O C(CH2)nCH3 O C(CH2)nCH3 CH2 O CH2 O CH O CH O O CH2 R O C(CH2)nCH3 O C(CH2)nCH3 O C(CH2)nCH3 O C(CH2)nCH3 microstructure (composition) L lipides

Influence les propriétés physiques

(mécaniques, rhéologiques…)

Mésostructure

Mésostructure :

:

Structure macromoléculaire +

agrégats

Caoutchouc

Naturel Polyisoprènes synthétiques Conclusion Problématique Méthodologie Résultats

Naturel Phase soluble ƒ Macromolécules de poly(cis-1,4-isoprène) ƒ Microagrégats ou microgel poly(cis-1,4-isoprene) interactions _Macrogel OH t c

ω

_α

phospholipids proteins

Composés non isoprène (protéines, lipides …)

Nécessité de connaitre la

mésostructure : masse molaire,

répartition de masses molaires,

quantité de gel…

Utilisation de la SEC MALS

Problème d’élution anormale + difficulté d’estimation du gel

Technique bien connue, méthode robuste

Phénomène dû à : Phénomène dû à :

ƒ adsorption (chimique) sur les colonnes ? ƒ ancrage (physique) de microgels

(Podzymek et al. ) ?

Conclusion Problématique Méthodologie Résultats

Comparaison qualitative de la séparation SEC-MALS / A4F-MALS

C

i

d

é lt t

bt

SEC MALS / A4F MALS

Objectifs de l’étude:

Comparaison des résultats obtenus SEC-MALS / A4F-MALS

(masses molaires moyennes, rayons de giration…)

• Polyisoprènes synthétiques :

Echantillons :

‰IR 307 : absence de gel

‰Nippol 2200 : présence de microgel

• Caoutchoucs naturels: ‰M160 : présence de gel ‰M121 : présence de gel

Préparation :

•Mise en solution : THF •Concentration : 1 mg.mL-1 •Mise en solution : 7 jours •Agitation : quotidienne Filt ti 1 •Filtration : 1µm •Triplicats

Injection:

_•A4F-MALS •SEC-MALS

•Détecteur de concentration : refractomètre différentiel

Traitement des

•Utilisation de Berry 2

SEP 2011 – 23-25 mars 2011 7

données:

•Comparaison des masses molaires (MUt sat o de e y n, Mw, Mz) et des

rayons (R_z)

SEC

SEC A4FA4F

Separation

THF :

Meilleur solvant pour le CN

Conclusion Problématique Méthodologie Résultats

SEC

SEC A4FA4F

Débit : 0.65 mL.min-1

Débit : 0.65 mL.min-1

• Information sur la masse molaire des polymères

•Information sur la taille des macromolécules Centre de masse Mass center Courbes de Debye Courbes de Debye Courbes de Debye Debye plot Ordinate gives Mw macromolécules

•Couplage avec SEC / A4F : répartition des masses molaires

Slope gives <rg2> Berry 2 : _∆ 1/2 1 16₃ 2 0 2 2 sin2 2 1/2 SEP 2011 – 23-25 mars 2011 9 Conclusion Problématique Méthodologie _{aspect qualitatif}Résultats

150 200 5.00E+06 Da nm 200 250 300 5.00E+06 Da nm

Caoutchoucs synthétiques :

IR 307 •Pas d’élution anormale en SEC SEC A4F 0 50 100 5.00E+04 5.00E+05 25 30 35 40 45 Time (min) 200 250 5.00E+07 Da nm 0 50 100 150 5.00E+04 5.00E+05 7 17 27 37 Time (min) 800 1000 1200 5.00E+09 5.00E+10 5.00E+11Da nm Nippol 2200 •Elution anormale en SEC SEP 2011 – 23-25 mars 2011 10 0 50 100 150 5.00E+04 5.00E+05 5.00E+06 25 30 35 40 45 Time (min) 0 200 400 600 800 5.00E+04 5.00E+05 5.00E+06 5.00E+07 5.00E+08 7 12 17 22 27 32 37 42 Time (min) •2 populations distinctes en A4F

Molar Mass (Da) Radius (nm) LS 90° signal (A.U.) RID signal (A.U.)

M121 •Elution anormale en SEC •Plusieurs populations SEC A4F 150 200 250 5 00E 06 5.00E+07 Da nm 200 250 300 5.00E+07 Da nm Plusieurs populations distinctes en A4F M160 •Elution anormale en SEC 0 50 100 150 5.00E+04 5.00E+05 5.00E+06 25 30 35 40 45 Time (min) 150 200 250 5 00E+06 5.00E+07 Da nm 0 50 100 150 5.00E+04 5.00E+05 5.00E+06 7 17 27 37 Time (min) 150 200 250 5.00E+06 5.00E+07 Da nm SEP 2011 – 23-25 mars 2011 11 •Plusieurs populations distinctes en A4F

Molar Mass (Da) Radius (nm) LS 90° signal (A.U.) RID signal (A.U.) 0 50 100 150 5.00E+04 5.00E+05 5.00E+06 25 30 35 40 45 Time (min) 0 50 100 5.00E+04 5.00E+05 7 17 27 37 Time (min) Conclusion Problématique Méthodologie _{aspect quantitatif}Résultats

Mn 600 0 800.0 1000.0 1200.0 1400.0 1600.0 SEC A4F •IR 307 : Masses obtenues Masses obtenues ∑ ∑ Mw 1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 5000.0 6000.0 7000.0 0.0 200.0 400.0

600.0 Pas de gel → pas de différence de masses

molaires moyennes

•Nippol, M121, M160 :

9Pas de différence pour Mn 9Différence significative Mw 9Différence significative Mz 9≠ Mw < ≠ Mz

Influence importante du gel et de

∑ 2

∑

14000.0 16000.0 18000.0

0.0 Influence importante du gel et de

sa quantité dans la détermination des masses molaires moyennes.

aspect quantitatif 160.0 180.0 SEC A4F Rayons obtenus Rayons obtenus 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 •IR 307 :

Pas de gel → pas de différence de rayon

•Nippol, M121, M160 :

Rayon légèrement plus important en A4F qu’en SEC (~30%) R ayons (nm ) SEP 2011 – 23-25 mars 2011 13 0.0 20.0 IR307 Nippol 2200 M121 M160 ( ) Conclusion Problématique Méthodologie _{aspect quantitatif}Résultats

En SEC :

•

Possibilité de déterminer le gel >1µm total

•

Impossibilité de déterminer le gel<1µm (sauf traitement de la colonne)

En A4F:

Estimation du gel Estimation du gel

En A4F:

•

Possibilité de déterminer le gel >1µm total

•

Possibilité de déterminer le gel<1µm

MAIS difficultés liées au chevauchement

des populations

Molar Mass (Da) Radius (nm) LS 90° signal (A.U.) RID signal (A.U.) 200 250 300 5 00E 08 5.00E+09 5.00E+10 M160

Integration Range for mass Calcul du G>1µm Da nm G<1µm SEP 2011 – 23-25 mars 2011 14 0 50 100 150 5.00E+04 5.00E+05 5.00E+06 5.00E+07 5.00E+08 7 12 17 22 27 32 37 42

Integration Range for mass calculation

Time (min)

SEC A4F •IR 307 : Pas de gel 25 0 30.0

Tx Gel >1µm (%)

Pas de gel •Nippol, M121, M160 :

Taux de gel variable

5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 SEP 2011 – 23-25 mars 2011 15 IR307 Nippol 2200 M121 M160 -5.0 0.0

Résultats surprenants au vue des masses molaires moyennes et rayons de

giration estimés :

Erreur dans le calcul des

concentrations ????

Problème de ligne de base en A4F Problème de soustraction de blanc Dérive de ligne de base

Conclusion Problématique Méthodologie _{aspect quantitatif}Résultats

Exposant de

Exposant de FloryFlory ((υυ))

Pente de la droite Log R = f(Log(M)) / Rg= AMwυ

Permet d’avoir une estimation de la conformation de l’objet

Exemple du M121 Log R 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 M121 B υ = 0.56 1 1.2 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9

Conclusions :

Conclusions :

L’A4F peut être une alternative à la SEC pour ce type d’échantillons :

B él ti i d l i t

•Bonne corrélation au niveau des masses molaires et rayons •Prise en compte du Gel < 1µm

•Séparation partielle des chaines de poly(cis-1,4-isoprène) et du gel

Il reste des problèmes de séparation

•Reproductibilité inférieure à la SEC

SEP 2011 – 23-25 mars 2011 17

•Reproductibilité inférieure à la SEC •Problème de dérive de ligne de base •Difficulté d’estimation des concentrations

Conclusion Problématique Méthodologie Résultats

Perspectives:

Perspectives:

Améliorer la séparation chaines de poly(cis 1 4 isoprène) et du gel

Améliorer la séparation chaines de poly(cis-1,4-isoprène) et du gel

Trouver la cause de l’erreur dans l’estimation des concentrations et

augmenter la reproductibilité

Poursuivre les études sur le gel :

•Manque d’informations sur les mécanismes de formation

SEP 2011 – 23-25 mars 2011 18

du gel (éléments mis en causes…)

•Etude sur le gel (gel>1µ et gel<1µ) uniquement •Relation gel / propriétés

MERCI DE VOTRE

ATTENTION