Des chercheurs du SIT, au Japon, découvrent que l'ajout d'eau à un composé de triaziridine à des températures douces est suffisant pour produire des polymères poreux solides et cohérents. En ajustant la température de réaction et la concentration initiale en triaziridine, les caractéristiques morphologiques et mécaniques des polymères peuvent être contrôlées. Crédit :American Chemical Society.
Pour un polymère composé d'unités répétitives très simples, la polyéthylèneimine (PEI) a un nombre incroyable d'applications pratiques, y compris les détergents, les adhésifs, les cosmétiques, les agents industriels, le CO2 capture, et même des cultures cellulaires. En général, la PEI est synthétisée par la polymérisation par ouverture de cycle de l'éthylénimine, également connue sous le nom d'aziridine. Lorsqu'il est produit de cette manière, le résultat est un polymère liquide avec une structure ramifiée.
Malgré son énorme potentiel, l'Î.-P.-É. est freinée par le fait que l'éthylénimine est une substance hautement toxique. Parce que ce précurseur n'est pas disponible dans le commerce, il est assez difficile de mener des expériences visant à contrôler la morphologie ou l'état de la PEI. Par conséquent, nous pourrions manquer de nombreuses nouvelles applications pour l'Île-du-Prince-Édouard.
Pour résoudre ce problème, une équipe de recherche du Shibaura Institute of Technology (SIT), au Japon, s'est concentrée sur le développement de nouveaux polymères en réseau à base de PEI. Dirigée par le professeur Naofumi Naga de l'École supérieure d'ingénierie et de sciences du SIT, cette équipe a récemment découvert un moyen simple mais révolutionnaire de produire de tels polymères à partir d'un composé de triaziridine ; leur suggestion - il suffit d'ajouter un peu d'eau. Cette étude, mise en ligne le 12 avril 2022 puis publiée dans le volume 11 numéro 5 des ACS Macro Letters le 17 mai 2022, a été réalisé en collaboration avec le professeur Tamaki Nakano de l'Institut de catalyse et de l'École supérieure des sciences et de l'ingénierie chimiques de l'Université d'Hokkaido, au Japon, dans le cadre du programme Joint Usage/Research Center Program (MEXT).
Bien que les chercheurs aient testé deux composés de triaziridine, un seul d'entre eux a pu produire systématiquement un réseau polymère poreux après réaction avec l'eau. Son nom chimique complet est le 2,2-bishydroxyméthylbutanol-tris[3-(1-aziridinyl)propionate] et il peut être abrégé en "3AZ". L'équipe a découvert que la dissolution de 3AZ dans de l'eau distillée à des températures comprises entre 20 et 50 °C était suffisante pour ouvrir les groupes aziridine et provoquer la liaison des monomères 3AZ les uns avec les autres. Le résultat, sous la plupart des températures et des concentrations initiales de 3AZ, était une phase polymère poreuse.
L'équipe a analysé la morphologie des polymères poreux par microscopie électronique à balayage. Alors que la température de synthèse ne semblait jouer aucun rôle à cet égard, différentes concentrations de 3AZ ont entraîné différentes tailles de particules, allant de 1 à 5 μm. Au contraire, la température de synthèse a affecté certaines des propriétés mécaniques des polymères poreux, telles que leur module d'Young (élasticité). Notamment, tous les polymères poreux pourraient résister à des tests de compression de 50 N.
Pouvoir adapter les caractéristiques morphologiques et mécaniques des polymères poreux à base de PEI est un gros avantage, d'autant plus lorsqu'il suffit d'ajuster une simple réaction avec l'eau. "L'eau est un solvant idéal pour la chimie en raison de son respect de l'environnement, de sa disponibilité et de sa durabilité", remarque le professeur Naga, "Notre article rapporte l'une des méthodes les plus simples pour obtenir un polymère réseau à base de PEI connu à ce jour." En plus des propriétés polyvalentes, l'équipe a découvert que leurs polymères poreux pouvaient absorber divers solvants quelles que soient leurs caractéristiques, notamment l'hexane, l'acétone, l'éthanol, le dichlorométhane et le chloroforme.
Dans l'ensemble, cette étude mettra, espérons-le, de nouveaux polymères à base de PEI sous les feux de la rampe. Les yeux tournés vers l'avenir, le professeur Naga et ses collègues s'attendent à trouver de nouvelles utilisations pour ces composés. "Le traitement et la modification chimique des polymères poreux 3AZ élargiront probablement leurs domaines d'application, et des recherches sur ces aspects sont déjà en cours", conclut-il. Méthode améliorée pour fabriquer des polymères ramifiés
