Une équipe de chercheurs a trouvé une nouvelle façon de produire un matériau polymère appelé PBO, un produit connu commercialement sous le nom de Zylon qui est utilisé dans les gilets pare-balles et autres tissus haute performance. La nouvelle approche pourrait être utile pour fabriquer des produits PBO qui résistent à la dégradation, un problème qui a tourmenté les matériaux à base de PBO dans le passé.

"Nous montrons qu'en utilisant un catalyseur à nanoparticules, nous pouvons produire du PBO dans des conditions plus respectueuses de l'environnement et sans utiliser de produit chimique connu pour provoquer une dégradation inattendue de ces matériaux, " dit Shouheng Sun, professeur de chimie à l'Université Brown et co-auteur d'un nouvel article décrivant la recherche. "Nous pensons que cela pourrait être une voie vers la fabrication de matériaux PBO plus robustes."

La recherche est décrite dans la revue Question .

La méthode traditionnelle de fabrication du PBO (son nom complet est polybenzoxazole) implique l'utilisation d'acide polyphosphorique (PPA) à la fois comme catalyseur pour les réactions chimiques nécessaires et comme solvant. Le PPA est un fort, acide hautement corrosif et a été identifié comme la source de la dégradation du PBO. Les molécules de l'acide se logent dans la chaîne polymère, laissant les fibres sensibles à la dégradation lorsqu'elles sont exposées à la lumière et à l'humidité au fil du temps. Cette dégradation a conduit au rappel des gilets pare-balles à base de PBO dans le passé.

Le laboratoire de Sun à Brown a beaucoup travaillé avec des catalyseurs à nanoparticules composites capables d'effectuer les nouvelles réactions requises pour fabriquer du PBO, et ils le font sans utiliser PPA. La catalyse des réactions avec des nanoparticules nécessiterait également moins d'énergie et peut être réalisée en utilisant de l'acide formique renouvelable comme source d'hydrogène. Tout cela rend le processus de production plus écologique.

Jusqu'à maintenant, cependant, les catalyseurs composites à nanoparticules ont été largement utilisés pour fabriquer uniquement de petites molécules organiques. Qu'il s'agisse d'un catalyseur composite, qui dans ce cas est constitué de particules d'alliages d'or et de palladium, pourrait être utilisé pour catalyser la croissance contrôlée de chaînes polymères était auparavant inconnue.

"La question clé à laquelle nous essayions de répondre est de savoir si nous pouvons contrôler les réactions afin d'avoir un bon contrôle sur le degré de polymérisation, ", a déclaré Sun. "Nous avons finalement montré que nous pouvions le faire en ajustant la composition et la taille des nanoparticules d'alliage dans notre catalyseur."

Une composition d'alliage de près de 40 pour cent d'or et 60 pour cent de palladium s'est avérée optimale pour contrôler la vitesse des réactions nécessaires à la fabrication du PBO. Des particules d'environ 8 nanomètres ont produit une vitesse de réaction qui a maximisé le poids moléculaire des polymères PBO.

Pour savoir si le PBO était bien résistant à la dégradation, l'équipe a travaillé avec des chercheurs de la Brown's School of Engineering pour effectuer des tests mécaniques. Ces tests ont montré que les polymères PBO fabriqués avec le catalyseur à nanoparticules étaient plus résistants à la dégradation que le Zylon disponible dans le commerce, même après avoir été bouillis dans de l'eau et de l'acide pendant des jours.

Les chercheurs disent que les travaux futurs se concentreront sur la génération de polymères PBO avec des poids moléculaires plus élevés. Les polymères générés pour cette étude étaient significativement plus légers que ceux du produit de qualité commerciale, ce qui limite leur résistance mécanique initiale. Toujours, disent les chercheurs, le travail est une solide preuve de concept pour l'idée que les nanoparticules composites peuvent produire du PBO résistant à la dégradation.

Jérôme Robinson, professeur adjoint de chimie à Brown et co-auteur de l'étude, a noté que l'expertise diversifiée de l'équipe de recherche Brown était essentielle au succès de ce travail.

« Il était vraiment important que nous puissions collaborer avec des ingénieurs et d'autres chercheurs, "                                                                                                                                                     ... et je pense que nous avons la bonne équipe pour faire avancer cette recherche."