Bi-thermique et photoréticulation de chaînes polymères pour la synthèse d'élastomère polyvalent. Des scientifiques japonais ont réussi à développer un film élastomère à élasticité réglable en utilisant un processus de réticulation thermique et photo-induit en deux étapes qui a permis de contrôler la rigidité en fonction du temps d'exposition au rayonnement UV. Crédit :Mikihiro Hayashi de l'Institut de technologie de Nagoya
Élastomères, ou polymères élastiques, matériaux à haute élasticité, sont largement utilisés pour des applications dans les industries, comme l'automobile, fabrication, et le pétrole et le gaz. Le degré d'élasticité de ces matériaux, désigné par un paramètre appelé "module de Young, " dépend du degré de réticulation entre les couches polymères constitutives de telle sorte qu'une réticulation plus élevée entraîne une rigidité plus élevée, et, à son tour, implique un module de Young important.
Différentes applications nécessitent des élastomères de rigidité différente. Par exemple, le module de Young souhaitable pour les pneus est différent de celui des tuyaux et des flexibles. Jusque là, pour les élastomères conventionnels, une fois la réticulation des chaînes polymères réalisée, leurs propriétés ne peuvent pas être modifiées, obligeant les industries à fabriquer différents élastomères pour différentes applications. Mais et si nous pouvions préparer un seul élastomère aux propriétés polyvalentes pour une gamme d'applications ?
Dans une nouvelle étude publiée dans Polymère , Dr Mikihiro Hayashi de l'Institut de technologie de Nagoya, Japon, et ses collègues ont maintenant fait exactement cela. L'équipe a réussi à synthétiser un film élastomère dont l'allongement peut être contrôlé par photo-réaction post-préparation pour s'adapter à l'application souhaitée, Donc, gagner du temps, les coûts et les ressources humaines.
Pour développer cet élastomère, les scientifiques ont équipé un polyester (polymère ayant un groupe ester) de groupes thermoréactifs et photoréactifs, qui réagissent à la chaleur et à la lumière, respectivement. Ils ont ensuite suivi un processus en deux étapes dans lequel les groupes thermoréactifs ont d'abord subi une réticulation thermique, puis le groupe photoréactif a formé des réticulations en présence de lumière UV. Les scientifiques ont observé que le matériau obtenu après réticulation thermique était doux et flexible, mais lorsqu'il est encore traité avec de la lumière UV, le matériau a augmenté en rigidité en fonction du temps d'exposition. En réalité, lorsqu'il est exposé pendant 30 minutes, le module de Young du matériau a augmenté de deux ordres de grandeur !
Propriétés de traction et comportement aux fissures dans les élastomères non homogènes à motifs horizontaux et verticaux. En éclairant sélectivement le film élastomère à l'aide de fentes de photomasquage à motifs, les scientifiques ont fabriqué des films à motifs verticaux qui ont montré un comportement de fracture intéressant caractérisé par une suppression des fissures au niveau des sections molles. Crédit :Mikihiro Hayashi de l'Institut de technologie de Nagoya
Cette découverte sans précédent a enthousiasmé les scientifiques. Le Dr Hayashi déclare, « En développant cet élastomère grâce à la double réticulation thermique et photo, nous avons prouvé qu'un réglage post-préparation de la résistance à la traction des matériaux est possible. Nous étions intrigués d'explorer davantage les avantages de ce matériau."
Par conséquent, ils ont conçu des films élastomères avec une structuration inhomogène du module de Young grâce à un éclairage UV sélectif. Les scientifiques ont réalisé cela en utilisant des fentes de photomasquage horizontales et verticales, créer des motifs de sections souples et rigides. En testant les films à motifs horizontaux sous contrainte, les sections rigides ne présentaient pratiquement aucune déformation, tandis que les sections molles ont montré un allongement de 5 fois. Étonnamment, cependant, les films à motifs verticaux ont montré une excellente ténacité et ont retardé la propagation des fissures. Alors qu'une fissure sur un film entièrement rigide se propage instantanément, une fissure sur le film inhomogène s'est arrêtée en atteignant la section molle. Plus le nombre de motifs est élevé, plus la croissance de la fissure était lente.
"Nos résultats peuvent fournir des informations utiles pour développer de nouvelles méthodologies pour contrôler le comportement à la rupture des élastomères, " commente le Dr Hayashi, parlant des ramifications pratiques de leur étude. "En outre, notre technique pourrait aider à économiser la consommation excessive de produits chimiques, et résoudre les problèmes liés à l'épuisement des ressources pétrolières, " il ajoute.
