Des scientifiques américains ont découvert qu'en utilisant de l'électricité lors d'un certain type de polymérisation, ils pouvaient renforcer leur contrôle sur la réaction, laissant entrevoir la création de polymères à l'architecture encore plus complexe et de matériaux spécialisés, dans une approche plus environnementale.
Dans un procédé innovant appelé polymérisation radicalaire par transfert d’atomes contrôlée électrochimiquement (eATRP), les chercheurs menés par l’éminent chimiste Krzysztof Matyjaszewski, de l’Université Carnegie Mellon, à Pittsburgh, en Pennsylvanie, ont utilisé une batterie contrôlée par ordinateur pour appliquer un potentiel électrique pendant la réaction. Ils se rendirent compte que cet ajout d’électricité tirait partie de la réaction d’oxydoréduction en modérant le transfert d’électrons, leur permettant pratiquement d’avoir un contrôle en temps réel sur la réaction.
La polymérisation radicalaire par transfert d’atomes (ATRP), développée par Matyjaszewski en 1995, permet de former facilement des polymères de grande masse moléculaire en assemblant des monomères de manière contrôlée, et de faible indice de polymolécularité (un indice égal à 1 correspond à un polymère « parfait », où toutes les macromolécules le composant seraient de même longueur). Le catalyseur permettant de contrôler la polymérisation est composé d’un métal de transition, comme le cuivre, fournissant un équilibre entre une forme active (qui se propage) du polymère et une forme inactive du polymère, autrement appelée forme dormante, qui est favorisée lors de cet équilibre, supprimant de fait les réactions secondaires.
L’ATRP est utilisée dans la création de cosmétiques, de revêtements, d’adhésifs, ainsi que dans la création de matériaux intelligents, s’adaptant à leur environnement.
Oxydoréduction du cuivre
Auparavant, les problèmes d’équilibre dans la réaction étaient résolus par l’ajout d’ion cuivre I, (Cu+) servant d’activateur, pour contrebalancer l’accumulation d’ion cuivre II (Cu2+) dans la réaction d’oxydoréduction entre les deux types d’ions cuivre. Cet ajout générait des matériaux avec un niveau élevé voire toxique de cuivre allant jusqu’à 5000 ppm (parties par million, rapport de 10-6 ), difficile à abaisser sans techniques lourdes et polluantes.
« Nous avons découvert qu’en ajustant le courant et le voltage, nous pouvions ralentir et accélérer, ou même démarrer et stopper la réaction à volonté. Cela nous permettra de profiter de plus de flexibilité dans la conduite des réactions, ce qui devrait aboutir au développement de matériaux plus spécifiques et spécialisés, aux débouchés plus précis car conçus avec beaucoup plus de précision. », explique le professeur Matyjaszewski.
Cette étude n’est que le dernier maillon d’une série d’avancées faites par l’équipe du professeur Matyjaszewski, dans l’espoir de rendre leur technique d’ATRP encore plus précise et encore plus respectueuse de l’environnement, travail qu’ils sont en passe d’accomplir.
Rahman Moonzur
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