Titre original :

Exploring the potential of amphiphilic poly(2-alkyl / aryl-2-oxazoline)s for cosmetic applications

Titre traduit :

Exploration du potentiel des poly(2-alkyl/aryl-2-oxazoline)s amphiphiles pour des applications cosmétiques

Mots-clés en français :
  • Poly(2-Oxazoline)
  • Copolymère à gradient
  • Tensioactif polymérique
  • Formulation cosmétique
  • Copolymérisation statistique

  • Émulsions de Pickering
  • Formulation (génie chimique)
  • Oxazolines
  • Composés amphiphiles
Mots-clés en anglais :
  • Poly(2-Oxazoline)
  • Gradient copolymer
  • Emulsion
  • Pickering emulsion
  • Polymeric surfactant
  • Cosmetic formulation

  • Langue : Anglais
  • Discipline : Chimie organique, minérale, industrielle
  • Identifiant : 2023ULILR036
  • Type de thèse : Doctorat
  • Date de soutenance : 22/09/2023

Résumé en langue originale

Au vu des récentes limitations liées à l'utilisation répandue des poly(ethylene glycols) (PEGs) et de leurs dérivés, les chercheurs et acteurs industriels cherchent à développer des alternatives prometteuses plus sûres. Parmi celles-ci, les poly(2-oxazolines) (PAOx), une classe de polyamides synthétiques, ont suscité un intérêt croissant depuis les années 2000 en raison de leur biocompatibilité, leur faible toxicité, leur comportement furtif, leur stabilité et leur capacité supérieure de fonctionnalisation par rapport aux PEGs. Les PAOx ont été étudiés pour des applications biomédicales où ils sont devenus une plateforme polyvalente de choix.Cependant, malgré l'autorisation d'utiliser la poly(2-éthyl-2-oxazoline) (PEtOx) dans les produits cosmétiques, aucun produit contenant ce polymère n'est actuellement commercialisé en Europe. De plus, les études sur l'utilisation des PAOx comme alternatives aux PEGs dans les produits cosmétiques restent limitées.Cette thèse s'est concentrée sur le développement de PAOx amphiphiles en utilisant la 2-méthyl-2-oxazoline (MeOx) et la 2-phényl-2-oxazoline (PhOx) comme comonomères hydrophiles et hydrophobes respectivement. L'objectif était d'étudier leur capacité à agir en tant que tensioactifs polymériques, offrant ainsi une alternative aux émulsifiants non ioniques à base de PEGs. Les copolymères de P(MeOx)-P(PhOx), solubles dans l'eau, ont permis de stabiliser durablement des émulsions classiques à faible concentration (à partir de 0,5 % en poids). Des critères de consistance et de stabilité ont été définis, permettant de développer des émulsions classiques avec des caractéristiques ajustables par le choix stratégique du copolymère de P(MeOx)-P(PhOx) approprié.De manière intéressante, les P(MeOx)-P(PhOx) à gradient ont montré des performances similaires à celles de leurs homologues à blocs, offrant ainsi une alternative prometteuse grâce à leur préparation par copolymérisation statistique en « one pot », moins coûteuse et plus facile à produire à grande échelle. Ces copolymères à gradients se sont également révélés efficaces dans la stabilisation de produits cosmétiques plus complexes tels qu'une BB-crème, une crème anti-âge, une crème solaire et une crème anti-acné.De plus, en utilisant la grande tunabilité des PAOx, des particules de copolymères de P(MeOx)-P(PhOx) insolubles dans l'eau et les huiles cosmétiques ont été préparés grâce à un processus de nanoprécipitation vert. Ces particules ont montré la capacité de stabiliser des émulsions de Pickering à faible concentration (environ 0,8 à 0,9 % en poids). Les caractéristiques des particules polymériques dépendaient de la longueur de chaîne et de la distribution en monomère des P(MeOx)-P(PhOx) et ont influencé leur capacité à s'adsorber aux interfaces eau/huile et à stabiliser les émulsions de Pickering.Pour les systèmes conventionnels et de Pickering, des émulsions très riches en huile (HIPE) ont pu être durablement stabilisées, présentant ainsi une sensorialité intéressante grâce à leurs propriétés d'émulgel, combiné à un haut pouvoir de solubilisation dans la phase interne huileuse.Les perspectives de recherche futures incluent des études sur la toxicité, la dégradabilité et l'exploration de nouvelles stratégies de synthèse en « one-pot » pour incorporer des motifs clivables dans les chaînes polymériques, favorisant ainsi la dégradation à plus long terme de ces copolymères amphiphiles et répondant à la demande croissante de produits cosmétiques respectueux de l'environnement.

Résumé traduit

Given the recent limitations associated with the widespread use of poly(ethylene glycols) (PEGs) and their derivatives, researchers and cosmetic companies are seeking to develop safer alternatives. Among these, poly(2-oxazolines) (PAOx), a class of synthetic polyamides, have attracted increasing interest since the 2000s due to their biocompatibility, low toxicity, stealth behavior, stability, and superior functionalization capacity compared to PEGs. PAOx has been studied for biomedical applications, becoming a versatile platform of choice.However, despite the authorization of the use of poly(2-ethyl-2-oxazoline) (PEtOx) in cosmetic products, no product containing this polymer is currently marketed in Europe. Moreover, studies on the use of PAOx as PEG-alternatives in cosmetic products remain limited.This thesis focused on the development of amphiphilic PAOx using 2-methyl-2-oxazoline (MeOx) and 2-phenyl-2-oxazoline (PhOx) as hydrophilic and hydrophobic comonomers, respectively. The aim was to investigate their ability to act as polymeric surfactants, providing an alternative to nonionic PEG-based emulsifiers. The water-soluble P(MeOx)-P(PhOx) copolymers allowed the long-term stabilization of classic emulsions at low concentrations (from 0.5% by weight). Consistency and stability criteria were defined, enabling the development of classic emulsions with adjustable characteristics through the strategic choice of the appropriate P(MeOx)-P(PhOx) copolymer.The gradient P(MeOx)-P(PhOx) copolymers exhibited similar performances to their block counterparts, offering a promising alternative due to their preparation through statistical copolymerization in a "one-pot" process, which is cost-effective and easier for potential up-scaling. These gradient copolymers also proved effective in stabilizing more complex cosmetic products such as BB cream, anti-aging cream, sunscreen, and anti-acne cream.Furthermore, by utilizing the high tunability of PAOx, water- and oil-insoluble P(MeOx)-P(PhOx) copolymers-based particles were prepared through a green nanoprecipitation process. These particles demonstrated the ability to stabilize Pickering emulsions at low concentrations (approximately 0.8 to 0.9% by weight). The characteristics of the polymeric particles depended on the chain length and monomer distribution of P(MeOx)-P(PhOx), influencing their ability to adsorb at the water/oil interfaces and stabilize Pickering emulsions.For both conventional and Pickering systems, high internal phase emulsions (HIPEs) could be stably formed, offering interesting sensory properties due to their emulgel properties combined with high solubilization power in the oil phase.Future research perspectives include toxicity studies, degradability, and exploration of new "one-pot" synthesis strategies to incorporate cleavable motifs into the polymer chains, promoting longer-term degradation of these amphiphilic copolymers and meeting the increasing demand for environmentally friendly cosmetic products.

  • Directeur(s) de thèse : Nardello-Rataj, Véronique - Hoogenboom, Richard
  • Président de jury : Dubruel, Peter
  • Membre(s) de jury : Leclercq, Loïc - Huang, Nicolas - Lapinte, Vincent - Le Fer, Gaëlle
  • Rapporteur(s) : Dubruel, Peter - Bouquillon, Sandrine
  • Laboratoire : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide
  • École doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)

AUTEUR

  • Bardoula, Valentin
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Confidentiel jusqu'au 30/06/2028