Au cours des trois dernières années, un doctorat. La candidate Sophie van Lange se consacre à un objectif clair :produire du plastique à la fois dur et durable. Les plastiques que nous utilisons aujourd’hui sont soit recyclables, soit solides et durs, mais pas les deux. Van Lange s'est éloigné des approches chimiques traditionnelles pour produire du plastique et a développé une toute nouvelle méthode pour créer du plastique durable et réutilisable d'une toute nouvelle manière. L'astuce? Forces physiques.
Le processus commence par une configuration apparemment simple :une poudre jaune dans un plat et une poudre blanche dans un autre. En dissolvant et en combinant ces deux solutions, et en les soumettant à la chaleur et à la pression dans une presse chaude, Van Lange transforme ces substances en un morceau de plastique rectangulaire mesurant deux centimètres sur un demi-centimètre en deux semaines.
Dans des conditions normales, le plastique obtenu est robuste et dur mais devient reformable lorsqu'il est chauffé. Elle qualifie ces plastiques innovants de « compleximers ». Van Lange et ses collègues en parlent dans Science Advances .
Les plastiques sont omniprésents dans notre vie quotidienne, servant d’emballage pour les poivrons et les concombres au supermarché ou d’emballage pour les nouveaux jouets. "Mais le plastique est également incorporé dans les chaussures que je porte aux pieds et dans les lunettes sur mon nez", explique Van Lange en désignant ses montures roses. Pourtant, on réfléchit rarement à ce qu'il advient de ces matériaux après la casse des chaussures ou lorsque vous avez besoin de nouvelles lunettes.
"Vous pouvez apporter vos vieux objets à un point de recyclage, mais presque personne ne sait exactement ce qu'il leur arrive ensuite", explique le jeune chercheur. Prenons l’exemple d’une semelle de chaussure, qui est également un type de plastique. Après utilisation, nous ne pouvons rien faire avec, sauf le brûler ou le broyer. D'autres plastiques, comme le sac autour d'un poivron ou la couche d'un carton de lait, peuvent être recyclés.
"Ce serait formidable si nous pouvions traiter tous les plastiques de manière durable", déclare Van Lange. Elle est motivée par son amour pour les matériaux durables et travaille sur ce plastique innovant au sein du groupe de chaire Physique Chimie et Matière Molle. "Je pense que les matériaux durables sont vraiment cool", dit-elle.
"À l'échelle moléculaire, les plastiques sont constitués de longues chaînes", explique Van Lange. Dans les plastiques durs traditionnels, ces chaînes sont reliées par des liaisons chimiques pour plus de résistance. Cependant, ces liaisons croisées sont si robustes que le recyclage devient presque impossible. C'est pourquoi Van Lange a repensé ces plastiques sans réticulation chimique, cette fois en utilisant des forces physiques réglables.
"La moitié des chaînes qui composent notre plastique sont chargées positivement", explique Van Lange.
"L'autre moitié est chargée négativement." Lorsque vous les mettez correctement en contact, ils s’attirent, tout comme deux aimants. Cela maintient les chaînes ensemble sans avoir besoin de réticulations chimiques. Lorsqu’elle est chauffée, l’attraction entre les pièces s’affaiblit, permettant à l’ensemble du matériau de se remodeler. "Cela permet de réutiliser le plastique ou, par exemple, de réparer un trou ou d'autres dommages dans le plastique avec de la chaleur", explique Van Lange.
Jusqu'à présent, le doctorat. Le candidat a produit environ trois grammes du nouveau plastique. "Il a fallu du temps avant que mes collègues et moi obtenions le plastique souhaité", dit-elle. Tout se résumait à l’attraction :dans la nature, les particules positives et négatives s’attirent fortement. Cela rend les matériaux fragiles et presque impossibles à déformer lorsqu’ils sont chauffés. "L'innovation réside dans l'affaiblissement suffisant de cette charge", explique Van Lange.
Elle y est parvenue grâce à une sorte de « parapluie moléculaire » qui protège partiellement les charges positives et négatives du plastique. "C'est ainsi que nous avons obtenu une force d'attraction parfaite et, par conséquent, un plastique facilement déformable lorsqu'il est chauffé", explique le doctorant. candidat. De plus, ces parapluies sont hydrofuges, ce qui garantit que le plastique reste robuste lorsqu'il est exposé à l'eau. Une semelle de chaussure fabriquée à partir du nouveau plastique reste solide lorsque vous entrez dans une flaque d'eau. "Les matériaux chargés sont presque toujours sensibles à l'eau, c'est pourquoi y parvenir est très spécial", ajoute Van Lange.
Le nouveau plastique n’est pas encore tout à fait prêt. Par exemple, le matériau n'est pas encore assez flexible, selon Van Lange :"Nous démontrons que le concept fonctionne, mais nous devons maintenant trouver un moyen de lui donner davantage de propriétés semblables à celles du caoutchouc". Le chercheur espère y parvenir en réduisant la charge des complexants, peut-être en ajustant les éléments constitutifs des chaînes qui composent le plastique.
"Une alternative pourrait consister à élargir les parapluies moléculaires", explique Van Lange. Elle envisage également de modifier le type de chaînes. "Nous utilisons actuellement du polystyrène, une molécule rigide", explique le doctorant. candidat. "Si nous le remplaçons par une variante plus flexible, nous pourrions déjà obtenir un plastique plus pliable."
Bien que le plastique ne soit pas encore prêt pour le marché, le doctorat. La candidate espère que ses travaux inspireront d’autres chercheurs. Ses recherches démontrent que sortir des sentiers battus peut conduire à des matériaux entièrement nouveaux. "Je veux motiver d'autres scientifiques à considérer les matériaux différemment et à les utiliser de manière non conventionnelle", conclut Van Lange.
Plus d'informations : Sophie G. M. van Lange et al, Liaison ionique modérée pour les matériaux complexes polyélectrolytes recyclables sans eau, Science Advances (2024). DOI :10.1126/sciadv.adi3606
Informations sur le journal : Progrès scientifiques
Fourni par l'Université de Wageningen
