Un groupe de recherche dirigé par le chercheur principal Jianwei Li du laboratoire de recherche MediCity a exploré un nouveau type de matériaux appelés plastiques supramoléculaires qui remplaceraient les plastiques polymères conventionnels par un matériau plus respectueux de l’environnement favorisant le développement durable. Les propriétés mécaniques du plastique supramoléculaire créé par les chercheurs à l’aide de la séparation de phases liquide-liquide étaient comparables à celles des polymères conventionnels, mais le nouveau plastique se décompose beaucoup plus facilement et serait plus facile à réutiliser.
Le plastique est l’un des matériaux modernes les plus importants et a été intégré dans tous les aspects de la vie humaine après un siècle de développement. Cependant, les plastiques polymères traditionnels se dégradent et se régénèrent mal dans la nature et sont devenus l’une des plus grandes menaces pour la survie humaine. Cette situation est le résultat de la forte force inhérente des liaisons covalentes qui lient les monomères pour la formation de polymères.
Pour relever le défi, les scientifiques ont suggéré de fabriquer des polymères reliés par des liaisons non covalentes qui ne sont pas aussi puissantes que les liaisons covalentes. Malheureusement, l’interaction plus faible n’est généralement pas assez forte pour maintenir les molécules ensemble dans des matériaux de tailles macroscopiques, ce qui empêche l’application pratique de matériaux non covalents.
Le groupe de recherche Jianwei Li de l’Université de Turku, en Finlande, a découvert qu’un concept physique appelé séparation de phase liquide-liquide (LLPS) pouvait séquestrer et concentrer les solutés, renforçant la force de liaison entre les molécules et entraînant la formation de matériaux macroscopiques. La propriété mécanique du matériau résultant était comparable à celle des polymères conventionnels. De plus, une fois le matériau brisé en morceaux, les fragments pouvaient être réunis et auto-réparés instantanément. De plus, le matériau était un adhésif lorsque des quantités saturées d’eau étaient encapsulées. Par exemple, les éprouvettes de joint en acier pouvaient supporter un poids de 16 kg pendant plus d’un mois.
Enfin, grâce au caractère dynamique et réversible des interactions non covalentes, le matériau était dégradable et hautement recyclable.
« Comparables aux plastiques conventionnels, nos nouveaux plastiques supramoléculaires sont plus intelligents car ils conservent non seulement la propriété mécanique solide, mais réservent également des propriétés dynamiques et réversibles qui ont rendu le matériau auto-réparable et réutilisable », explique le chercheur postdoctoral Dr Jingjing Yu.
« L’une des petites molécules qui produisaient le plastique supramoléculaire était auparavant éliminée d’un système chimique complexe. Elle formait des matériaux d’hydrogel intelligents avec des cations métalliques de magnésium. Cette fois, nous sommes très heureux d’enseigner à cette ancienne molécule de nouvelles astuces avec LLPS », déclare le chercheur principal du laboratoire, le Dr Jianwei Li.
« De nouvelles preuves ont montré que les LLPS pourraient être un processus important lors de la formation des compartiments cellulaires. Maintenant, nous avons avancé ce phénomène d’inspiration bio et physique pour relever le grand défi de notre environnement. Je pense que des matériaux plus intéressants seront explorés avec le processus LLPS dans un avenir proche », déclare Li.
L’étude a été publiée dans Angewandte Chemie.
Jingjing Yu et al, Plastiques supramoléculaires à base de petites molécules médiés par la séparation de phases liquide-liquide, Angewandte Chemie International Edition (2022). DOI : 10.1002/anie.202204611