Les polymères sont légers, durables et faciles à transformer en pièces fabriquées, des caractéristiques qui ont fait des polymères la classe de matériaux d’ingénierie la plus pertinente en volume. Cependant, le recyclage des polymères est un défi que les scientifiques des matériaux étudient depuis des décennies.
Une voie alternative vers une industrie des polymères plus durable consiste à augmenter la durée de vie des polymères. Un nouveau concept intrigant consiste à conférer la capacité de « s’auto-guérir » des dommages structurels. Michael Bockstaller, professeur de science et génie des matériaux à l’Université Carnegie Mellon Science et génie des matériaux, en collaboration avec Krzysztof Matyjaszewski, professeur de chimie, a découvert que la liaison de copolymères à la surface de nanoparticules déjà utilisées dans la fabrication industrielle offre une solution économique et une voie évolutive vers des polymères auto-cicatrisants avec une résistance et une ténacité accrues.
Normalement, lorsque vous pensez aux blocs de construction des matériaux, vous pensez aux atomes. Dans le groupe de recherche de Bockstaller, ce concept a inspiré une nouvelle approche pour fabriquer des matériaux fonctionnels en assemblant des blocs de construction de nanoparticules à l’aide d’une forme de polymérisation radicalaire par transfert d’atomes, une technique inventée et développée par Matyjaszewski. Les propriétés des matériaux résultants peuvent être modifiées en contrôlant les interactions entre les blocs de construction de nanoparticules. Ce concept ouvre de nouvelles possibilités pour faire varier les propriétés des matériaux d’ingénierie sans avoir à modifier leur composition chimique, une caractéristique très bénéfique dans le contexte de la recyclabilité.
Tout en s’efforçant de rendre ces particules plus adaptées aux technologies de fabrication telles que la fabrication additive, l’équipe de Bockstaller a expérimenté la mise en place de copolymères à la surface des nanoparticules.
« Si nous pouvons mettre des polymères à la surface des nanoparticules, nous pouvons améliorer les interactions entre eux et rendre les matériaux plus robustes mécaniquement et plus faciles à former », a déclaré Bockstaller.
Matyjaszewski a ajouté: « Ce travail illustre comment le contrôle de l’architecture macromoléculaire peut considérablement améliorer les propriétés de divers matériaux avancés. »
Les copolymères sont une classe spéciale de polymères composés de deux monomères différents et présentant des propriétés d’auto-guérison. Les chercheurs ont découvert que lorsque des copolymères étaient ajoutés à la surface des nanoparticules, de nouvelles structures se formaient qui amélioraient les propriétés d’auto-guérison du polymère. Cette découverte est fondamentale pour améliorer la recyclabilité des polymères.
« Cela nous permet d’éviter les défaillances matérielles », a expliqué Bockstaller. « Si le matériau peut s’auto-réparer, nous réduisons le besoin de jeter les matériaux endommagés par le stress. »
Le groupe de Bockstaller continuera d’explorer des stratégies pour maximiser la résistance et la ténacité des matériaux auto-cicatrisants à base de copolymères et pour les rendre disponibles pour des méthodes de production évolutives.
Cette recherche a été publiée dans Macromolécules.
Plus d’information:
Yuqi Zhao et al, Hétérogénéité induite par la topologie dans les matériaux de particules de pinceau en copolymère à gradient, Macromolécules (2022). DOI : 10.1021/acs.macromol.2c01131