Les polymères réticulés sont des structures dans lesquelles de grandes chaînes moléculaires sont liées entre elles, conférant des propriétés mécaniques et une résistance chimique exceptionnelles au produit final. Cependant, leur modification n'est pas facile. Maintenant, des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo ont mis au point une méthode qui permet de fusionner facilement différents polymères, permettant le réglage précis des propriétés du matériau final en sélectionnant les polymères de base appropriés et en les mélangeant à la bonne proportion.

Polymères, grandes chaînes moléculaires composées de petites sous-unités répétitives, peut être trouvé tout autour de nous et aussi en nous. L'ADN et les protéines sont des polymères naturels bien connus. En revanche, polymères synthétiques, comme les plastiques, ont été produits pour la première fois il y a environ un siècle, mais ont depuis trouvé leur place dans notre vie quotidienne en raison de leurs propriétés étonnantes. Les polymères peuvent être adaptés en fonction de leurs sous-unités constitutives pour leur conférer de nombreuses caractéristiques souhaitables, comme la résistance mécanique, extensibilité, perméabilité, etc.

Une autre façon d'obtenir encore plus de fonctionnalités dans les polymères est de les réticuler. Les polymères réticulés (CPL) sont des polymères qui sont liés entre eux à l'aide de molécules de réticulation spéciales. Certains CPL présentent des propriétés exceptionnelles en raison de leurs structures tridimensionnelles imbriquées. Motivé par les applications potentielles, une équipe de recherche du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) dirigée par le professeur Hideyuki Otsuka a récemment réalisé une percée dans ce domaine :ils ont réussi à croiser différents CPL grâce à une approche sans précédent. "Le développement d'une nouvelle méthode pour fusionner différents CPL apporterait une révolution dans le domaine, car leurs propriétés mécaniques peuvent être facilement et systématiquement ajustées dans un processus simple d'utilisation, " explique Otsuka.

Les chercheurs ont atteint cet objectif en changeant les choses dans la molécule de réticulation qu'ils ont utilisée. Pour qu'un CPL ait des capacités d'auto-guérison, ce qui est très attractif pour de nombreuses applications, les polymères doivent être liés par ce que l'on appelle des liaisons covalentes dynamiques. Ces liaisons permettent également de fusionner différents types de CPL, mais les molécules de carbone utilisées dans les linkers actuellement disponibles sont sujettes à l'oxydation, ce qui complique la fusion et le traitement des CPL en vrac. Ce que cette équipe de recherche a fait a été d'employer une molécule de liaison, appelé BiTEMPS, qui réticule les polymères par une liaison covalente centrale soufre-soufre (S-S). Cette liaison peut être temporairement coupée en deux à des températures supérieures à 80°C, qui permet l'échange entre différents polymères aux extrémités libres, appelés radicaux TEMPS (voir Figure 1). Grâce à ce processus de clivage et de réassemblage, différents CPL peuvent être fusionnés. L'un des principaux avantages des radicaux TEMPS est qu'ils sont très stables contre l'oxygène, ce qui signifie que tout le traitement peut être effectué sans nécessiter de soins à l'oxygène.

Pour prouver l'utilité de leur approche, les chercheurs ont croisé deux types de CPL, l'un d'eux est beaucoup plus élastique que l'autre. En pressant à chaud leur mélange, ils ont réussi à fusionner les CPL ensemble, et les propriétés mécaniques du matériau final dépendaient du rapport des CPL bruts utilisés. "Les propriétés mécaniques des échantillons fusionnés pourraient être largement ajustées pour les rendre aussi doux et élastiques que souhaité. Comme la variété de polymères disponibles est presque infinie, il devrait être possible de générer des matériaux qui présentent un large spectre de propriétés physiques en utilisant notre méthode en choisissant judicieusement les compositions de polymères et les rapports de mélange appropriés, " conclut Otsuka. Cette méthode innovante fera considérablement progresser le domaine des CPL, permettant le développement de matériaux hautement adaptés pour des applications spécialisées.