Les chercheurs d'A*STAR ont durci l'acide polylactique tout en conservant son élasticité en ajoutant des nanoparticules core-shell comme charge1.

L'acide polylactique (PLA) est un polymère biodégradable et hautement biocompatible avec une bonne aptitude au traitement thermique, qui a trouvé une utilisation répandue dans les applications biomédicales et comme matériau d'emballage. Cependant, il est cassant et a une mauvaise stabilité mécanique, il est donc souvent modifié en ajoutant des polymères renforçants et en incorporant différentes méthodes de polymérisation. Malheureusement, ces modifications réduisent également la résistance et le module d'élasticité du matériau, ce qui limite ses applications.

Maintenant, Chaobin He, Beng Hoon Tan et ses collègues de l'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapour, signaler la ténacité accrue du PLA, tout en maintenant la résistance et le module du matériau, par l'ajout de nanoparticules cœur-coquille comme charge. Les nanoparticules ont des noyaux de silice avec des chaînes de caoutchouc liées de manière covalente à la silice, et du poly(acide D-lactique) (PDLA) greffé sur l'enveloppe externe. Ces étapes séquentielles ont été réalisées en utilisant une technique appelée « polymérisation par ouverture de cycle ».

Lors de l'ajout des nanoparticules à une matrice de poly(acide L-lactique) (PLLA) à l'aide d'un procédé de mélange de solution, un complexe se forme entre les chaînes PDLA pendantes et la matrice PLLA. De façon intéressante, l'analyse thermique du nanocomposite polymère indique que le matériau se réassemble parfaitement après recristallisation à partir de la masse fondue. Cet effet mémoire de fusion est considérablement renforcé par l'incorporation de chaînes de caoutchouc dans les nanoparticules.

"La présence de nanoparticules de silice-caoutchouc-PDLA dans la matrice PLA et sa formation complexe avec le PLLA procurent des effets de soulagement des contraintes et de pontage lors de la déformation, améliorant ainsi la ténacité sans sacrifier la résistance et le module, " dit He. L'augmentation facile du soulagement des contraintes est probablement due à la capacité du caoutchouc à agir comme un concentrateur de contraintes lors de la déformation plastique. D'après l'analyse microscopique du nanocomposite polymère, les mécanismes de déformation du matériau ont été identifiés comme des « craquelures », qui implique la formation de microvides dans le matériau, et la fibrillation aux sites de déformation plastique locale.

« La production à grande échelle de PLA à partir de ressources renouvelables fait de notre matériau respectueux de l'environnement un candidat prometteur pour remplacer les thermoplastiques à base de pétrole, " dit He. " Bien que notre approche ait considérablement surmonté les défauts du PLA pur, tels que la fragilité et une mauvaise stabilité mécanique, Une optimisation supplémentaire des matériaux et des processus ainsi qu'une amélioration de la compatibilité nanoparticules-matrice polymère doivent être effectuées. »

"La capacité de durcir le PLA avec l'ajout de ces nanoparticules de silice-caoutchouc-PLA ouvrira la voie à un développement ultérieur de polymères durables pour des applications plus larges, Exemple, électronique grand public, automobile et emballage, " conclut-il.