Un polymère qui s'autodétruit ? Alors qu'autrefois une idée fictive, Il existe maintenant de nouveaux polymères suffisamment robustes pour transporter des colis ou des capteurs en territoire hostile et se vaporiser immédiatement à la fin d'une mission militaire. Le matériau a été transformé en un planeur à ailes rigides et un tissu de parachute de type nylon pour une livraison aérienne sur des distances de cent milles ou plus. Il pourrait également être utilisé un jour dans les matériaux de construction ou les capteurs environnementaux.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui lors de la réunion et exposition nationale de l'American Chemical Society (ACS) à l'automne 2019.

"Ce n'est pas le genre de chose qui se dégrade lentement en un an, comme les plastiques biodégradables que les consommateurs connaissent peut-être, " dit Paul Kohl, Doctorat., dont l'équipe a développé le matériel. "Ce polymère disparaît en un instant lorsque vous appuyez sur un bouton pour déclencher un mécanisme interne ou que le soleil le frappe." Les polymères en voie de disparition ont été développés pour le ministère de la Défense, qui s'intéresse au déploiement de capteurs électroniques et de véhicules de livraison qui ne laissent aucune trace de leur existence après usage, évitant ainsi la découverte et atténuant le besoin de récupération de l'appareil.

La clé pour faire disparaître un polymère, ou se séparer, est la « température du plafond ». En dessous de la température du plafond, une configuration polymère est privilégiée, mais au dessus de cette température, le polymère se décomposera en ses monomères composants. Polymères courants, comme le polystyrène, ont une température plafond supérieure à la température ambiante et sont très stables. Et même lorsqu'ils sont réchauffés au-dessus de leur température plafond, certains de ces matériaux peuvent prendre beaucoup de temps à se décomposer. Par exemple, des milliers de liaisons chimiques relient tous les monomères entre eux dans le polystyrène, et tous ces liens doivent être brisés pour que les matériaux se décomposent. Mais avec des polymères à basse température plafond, tels que ceux cycliques que Kohl utilise, un seul lien doit se briser, et puis tous les autres liens se séparent, donc la dépolymérisation se produit rapidement. Le processus peut être initié par un pic de température provenant d'une source extérieure ou embarquée, ou par un catalyseur photosensible.

Pendant de nombreuses années, les chercheurs ont tenté de fabriquer ces polymères, mais ont échoué en raison de l'instabilité des matériaux à température ambiante. Le groupe de recherche de Kohl au Georgia Institute of Technology a découvert qu'il pouvait surmonter ce problème s'il prenait soin d'éliminer toutes les impuretés formées pendant la synthèse. En outre, ils ont trouvé un certain nombre d'aldéhydes, dont le phtalaldéhyde, qui forment facilement des polymères cycliques. Après avoir optimisé la synthèse de ce polymère, ils se sont concentrés sur les moyens de le faire disparaître.

Pour faire ça, les chercheurs ont incorporé au polymère un additif photosensible, qui absorbe la lumière et catalyse la dépolymérisation. "Initialement, nous l'avons rendu photosensible à la lumière ultraviolette uniquement afin de pouvoir fabriquer les pièces dans une pièce bien éclairée avec un éclairage fluorescent, et c'était très bien; c'était stable, " dit Kohl. Mais quand le polymère a été placé à l'extérieur, l'exposition au soleil l'a vaporisé (ou l'a ramené à un liquide, dans certains cas). Un véhicule déployé de nuit permettrait, donc, disparaître avec le lever du soleil.

Le groupe de Kohl a depuis découvert de nouveaux additifs qui peuvent déclencher la dépolymérisation à différentes longueurs d'onde de la lumière visible, ainsi le polymère peut se décomposer à l'intérieur. "Nous avons des polymères conçus pour des applications dans lesquelles vous venez dans la salle, tu allumes la lumière, et la chose disparaît, " dit Kohl.

Le groupe a également déterminé comment bloquer la dépolymérisation. « Nous avons un moyen de retarder la dépolymérisation pendant un certain temps :une heure, deux heures, trois heures, " dit-il. " Vous le gardiez dans le noir jusqu'à ce que vous alliez l'utiliser, mais alors vous le déploieriez pendant la journée, et vous auriez trois heures avant qu'il ne se décompose. » L'équipe a envisagé des méthodes chimiques pour démarrer le processus de décomposition, également. En outre, ils testent divers copolymères qui peuvent être ajoutés au phtalaldéhyde pour modifier les propriétés du matériau sans altérer sa capacité à disparaître.

Kohl dit que ce matériau de type "James Bond" est déjà incorporé dans des dispositifs militaires par d'autres chercheurs. Mais il voit aussi le potentiel des matériaux pour des applications non militaires. Par exemple, les chercheurs ont fabriqué un époxyde en voie de disparition pour un adhésif temporaire qui pourrait être utilisé dans les matériaux de construction. Ils imaginent également que le matériau pourrait être utilisé comme capteurs pour la surveillance de l'environnement. Une fois que les capteurs ont fini de collecter des données, il n'y a aucun risque de salir l'environnement car ils peuvent être déclenchés pour se vaporiser. Le matériau peut également être utilisé pour les véhicules de livraison dans les zones reculées où la récupération est difficile.