Un polymère qui peut être décomposé en ses blocs de construction moléculaire, qui peuvent ensuite être recombinés par chauffage ou refroidissement, mais par des mécanismes différents dans chaque cas, a été développé par les chimistes de RIKEN. Cela pourrait conduire à des plastiques intrinsèquement recyclables et durables qui se dépolymérisent à la demande.

Les polymères sont des molécules à longue chaîne formées en connectant de longues chaînes de petites molécules appelées monomères. Dans les polymères conventionnels, les monomères se connectent via des liaisons covalentes. Parce que ces liens sont si forts, il est extrêmement difficile de récupérer le monomère à la fin de la vie utile d'un plastique.

Takuzo Aida du RIKEN Center for Emergent Matter Science a développé des polymères supramoléculaires, dans lequel les monomères se connectent via des interactions non covalentes facilement réversibles.

"Au départ, nous voulions simplement synthétiser un polymère supramoléculaire thermiquement stable à l'aide d'un monomère en forme de disque ayant huit unités amide à liaison hydrogène dans ses chaînes latérales, " dit Aida. Une équipe qui comprenait ses anciens collègues Venkat Rao et Daigo Miyajima a développé un monomère à base de porphyrine qui a formé un polymère stable dans les solvants hydrocarbonés, mais qui se dépolymérisent facilement par addition d'un alcool, qui a rompu les liaisons hydrogène maintenant le polymère ensemble.

Comme prévu, ce mélange dépolymérisé s'est repolymérisé au refroidissement. "Mais à notre grande surprise, le mélange dépolymérisé s'est également repolymérisé lors du chauffage, " se souvient Aïda.

Pour étudier ce phénomène inhabituel, le groupe RIKEN s'est associé au groupe de E. W. "Bert' Meijer à l'université de technologie d'Eindhoven, les Pays-Bas, où Mathijs Mabesoone avait développé une méthode informatique pour analyser la polymérisation supramoléculaire.

L'analyse a révélé des processus concurrents en jeu. Au refroidissement, les huit molécules d'alcool se complexant à chaque monomère sont tombées en une seule fois pour permettre la repolymérisation. Si le mélange dépolymérisé a été chauffé, cependant, les molécules d'alcool tombèrent une à une.

"Avant l'analyse informatique, aucun d'entre nous n'avait prédit qu'un mécanisme de décomplexation aussi intéressant fonctionnait, " dit Meijer. " Ces processus moléculaires complexes et compétitifs sont un élément clé de la biologie, mais n'ont été reconnus que récemment en chimie supramoléculaire. Notre polymère est donc une étape vers la réduction du fossé entre les systèmes synthétiques et naturels."

La découverte pourrait conduire au développement de polymères supramoléculaires très stables à l'usage, mais très dynamique lorsque le matériau doit être recyclé.

Cela pourrait également rendre le traitement des solutions à l'échelle industrielle des polymères moins énergivore. Les solutions polymères sont très visqueuses et difficiles à traiter, mais le polymère supramoléculaire est dépolymérisé à température ambiante, et devrait donc avoir une faible viscosité.

"Cela peut provoquer un changement de paradigme dans l'industrie des polymères, " dit Aida. " La prochaine étape consiste à peaufiner la structure du polymère pour contrôler la plage de température non polymérisable et pour concevoir des monomères très bon marché. "