Une paire d'ingénieurs de l'Université du Delaware a développé un procédé pour former plus facilement des réseaux de polymères entrelacés, rapidement et durablement que les méthodes traditionnelles ne le permettent. Leur ingrédient secret ? Lumière bleue.

Abhishek Shete, assistant de recherche diplômé en science et ingénierie des matériaux, et Christophe Kloxin, professeur assistant en science et génie des matériaux et génie chimique et biomoléculaire, décrivent leur méthode dans un article en couverture du 24e numéro de Chimie des polymères . L'article s'intitule "Réseau polymère interpénétrant résistant déclenché par la lumière bleue à un pot (IPN) utilisant des réactions CuAAC et méthacrylate".

Polymères, qui sont des matériaux constitués de chaînes de molécules, se trouvent dans tout, de la nourriture aux vêtements en passant par les voitures. Deux ou plusieurs types de chaînes polymères avec des propriétés individuelles différentes peuvent également être liés ensemble pour former des réseaux polymères interpénétrés, des matériaux qui combinent souvent des propriétés mécaniques favorables de chaque polymère, telles qu'une résistance et une ténacité élevées.

"Ces chimies sont utilisées indépendamment dans un large éventail d'applications, " à partir de composites dentaires, pare-chocs automobiles aux matériaux d'administration de médicaments, dit Shete.

Cependant, le processus de liaison des polymères n'est pas simple. Il nécessite deux réactions chimiques, qui sont généralement initiés soit par un long processus en deux étapes, soit par un processus en une étape induit à des températures élevées et sur des durées plus longues.

La méthode développée par Kloxin et Shete est une étape et fonctionne rapidement à température ambiante et aux conditions ambiantes.

Ils utilisent une lumière bleue de 470 nanomètres, qui est similaire à la lumière LED bleue utilisée pour détecter certains fluides corporels dans les enquêtes sur les scènes de crime. Cette lumière déclenche des réactions avec un photosensibilisateur appelé camphorquinone et un activateur appelé amine. Ces matériaux sont couramment utilisés dans les composites dentaires polymères pour le remplissage des cavités.

La lumière irradie les matériaux pour photostimuler les deux réactions chimiques, mais pas simultanément. Tout d'abord, il y a une réaction appelée la polymérisation clic catalysée au cuivre par cycloaddition azide-alcyne (CuAAC). Cette réaction est facilitée par le cuivre, et la polymérisation se produit par étapes. Vient ensuite une réaction appelée polymérisation du méthacrylate, qui forme un matériau semblable à du plastique d'une manière similaire à l'ajout de maillons à une chaîne en croissance. "C'est unique dans la façon dont la lumière bleue induit des réactions séquentielles, " dit Kloxin.

Le résultat final est un matériau que Kloxin et Shete décrivent comme un "film vitreux, " moins fragile que le méthacrylate pur et plus résistant que le CuAAC pur à température plus élevée. Les films fabriqués à partir de ce matériau IPN présentent également une mémoire de forme - lorsqu'ils sont déformés, il peut être ramené à sa taille et à sa forme d'origine avec 15 minutes de chauffage à 80 degrés Celsius.

Cette approche de lumière bleue pour former des réseaux polymères interpénétrés permet d'économiser du temps et de l'énergie, mais ce ne sont pas ses seuls avantages. Pour un, cette approche permet à Kloxin et Shete de contrôler le couple de réactions chimiques avec une précision accrue, leur permettant de façonner les réseaux de polymères en formes complexes. Cette méthode rapide empêche également les ingrédients de se séparer d'une manière qui pourrait autrement interférer avec la formation d'un réseau polymère interpénétrant.

En outre, le nouveau procédé ne nécessite aucun des solvants ou additifs couramment utilisés dans la fabrication des plastiques, souvent ajouté pour éviter les fractures fragiles. Les matériaux rapportés par Kloxin et Shete présentent une ténacité améliorée qui surmonte cette fragilité sans aucun solvant ni additif, ce qui en fait également une approche synthétique plus verte.

L'équipe a déposé un brevet provisoire pour la méthode décrite dans le nouveau document. "Ces chimies pourraient être attachées à d'autres molécules, " Kloxin a dit, et l'équipe testera leurs applications pour former des hydrogels, matériaux dentaires et autres réseaux polymères.