Les matériaux polymères synthétiques, tels que les plastiques et les caoutchoucs, sont devenus omniprésents dans notre vie quotidienne. Il est donc essentiel de s’assurer qu’ils sont sûrs, durables et durables. Cela est particulièrement vrai pour les films en latex synthétique, qui sont largement utilisés dans les emballages, la biomédecine et l'électronique.
Mais que sont exactement les films en latex synthétique ? En termes simples, il s’agit d’un type de films à base de nanoparticules produits en séchant un mélange de nanoparticules de polymère et d’eau. Au fur et à mesure que le solvant s'évapore, les nanoparticules deviennent plus compactes jusqu'à ce que les interactions entre les chaînes polymères aux limites des nanoparticules créent un film cohérent.
Malheureusement, les films de latex ainsi produits sont fragiles. Dans la plupart des cas, des solvants organiques et des charges doivent être ajoutés au mélange initial pour améliorer les propriétés mécaniques du produit final. Ces additifs sont non seulement coûteux mais également nocifs pour l'environnement.
Heureusement, une équipe de chercheurs japonais, dirigée par le professeur agrégé Daisuke Suzuki de l'Université de Shinshu, a récemment développé un moyen innovant de produire des films de latex élastiques à base de nanoparticules, solides et résistants aux fissures, sans utiliser de tels additifs. Leurs travaux, publiés dans la revue Langmuir , comprenait les contributions de Yuma Sasaki de l'Université de Shinshu et du professeur Toshikazu Takata de l'Université d'Hiroshima.
La clé de leur approche était une nouvelle structure moléculaire connue sous le nom de rotaxane, qui comprend deux composants principaux :une molécule en forme d'anneau et une molécule « axe » linéaire. La molécule en forme d'anneau est enfilée à travers la molécule de l'essieu, qui est ensuite piégée mécaniquement en raison de la forme des terminaisons de l'essieu.
Les chercheurs ont exploité ce mécanisme d’imbrication du rotaxane en faisant en sorte que la molécule en forme d’anneau se lie chimiquement à une chaîne polymère et la molécule d’axe à une autre chaîne. Ensuite, ils ont préparé des mélanges d’eau et de nanoparticules de polymère par ultrasonication standard et polymérisation ultérieure qui, à leur tour, ont été utilisées pour produire des films de latex. Les expériences d'étirement réalisées sur ces films ont révélé que la stratégie à base de rotaxane aboutissait à des propriétés remarquables.
"Contrairement aux polymères élastiques conventionnels à base de nanoparticules, les films de latex composés de nanoparticules réticulées au rotaxane présentaient un comportement de propagation de fissure inhabituel", explique le Dr Suzuki. "La direction de propagation de la fissure est passée d'une direction parallèle à la fissure à une direction perpendiculaire à la fissure, ce qui entraîne une résistance accrue à la déchirure."
La nouvelle approche de fabrication de films en latex offre de nombreux avantages par rapport aux méthodes conventionnelles. Plus important encore, aucun additif toxique n’est nécessaire pour obtenir une ténacité raisonnable du film. De plus, comme seule une infime quantité de rotaxane est nécessaire, le poids total des films peut être maintenu faible tout en préservant leur flexibilité. Les films en latex proposés sont également durables.
"Ils sont dégradables et peuvent être facilement désassemblés en nanoparticules individuelles en les trempant simplement dans un solvant organique respectueux de l'environnement, tel qu'une solution aqueuse d'éthanol", explique le Dr Suzuki. "Ces nanoparticules peuvent alors former à nouveau un film lors de l'évaporation de la solution. Les résultats de cette recherche peuvent ainsi contribuer à créer des matériaux hautement durables et recyclables."
Dans l’ensemble, l’équipe espère que ses travaux élargiront les possibilités de conception de nouveaux films polymères sans additifs. De tels matériaux pourraient ainsi être rendus biocompatibles, avec des applications potentielles en biotechnologie et en médecine en plus des emballages, des revêtements industriels et des adhésifs.
Plus d'informations : Yuma Sasaki et al, Polymères résistants à base de nanoparticules résistant à la propagation des fissures, Langmuir (2023). DOI :10.1021/acs.langmuir.3c01226
Informations sur le journal : Langmuir
Fourni par l'Université Shinshu
