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Article

1 - CONTEXTE

2 - POLYMÈRES SUPRAMOLÉCULAIRES COMPORTANT DES LIAISONS HYDROGÈNE

3 - POLYMÈRES SUPRAMOLÉCULAIRES COMPORTANT DES INTERACTIONS Π-Π

4 - SYSTÈMES HÔTES-INVITÉS

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

7 - SIGLES ET ABRÉVIATIONS

Article de référence | Réf : N2890 v1

Conclusion
Polymères supramoléculaires autoréparables

Auteur(s) : David PRORIOL

Date de publication : 10 janv. 2017

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RÉSUMÉ

Du fait de leur omniprésence dans l’industrie mondiale, les matériaux polymères soulèvent un grand nombre de questions au niveau sociétal, notamment autour de leur durée de vie et de leur réutilisation. Depuis le début des années 2000, des recherches sont entreprises pour augmenter cette durée de vie en créant des polymères autoréparables. Sans être exhaustif, cet article dresse un bilan des avancées sur les polymères supramoléculaires autoréparables mettant en jeu de liaisons hydrogène, des interactions ?-? ou ainsi que des systèmes hôtes-invités.

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Auteur(s)

  • David PRORIOL : Département de catalyse moléculaire IFPEN, rond-point de l’échangeur de Solaize, Solaize, France

INTRODUCTION

La capacité des systèmes naturels ou artificiels, à se guérir spontanément après dommages tout en gardant leurs fonctions, est une caractéristique importante pour leur durabilité. L’autoguérison est très commune dans les systèmes biologiques. On peut citer la guérison de la peau blessée ou encore la réparation de l’ADN, comme le confirme les travaux de T. Lindahl, prix Nobel de chimie en 2015. Inspirés par cela, les systèmes autoréparables, appelés aussi autocicatrisants, ont été largement explorés depuis 15 ans. Suite à une dégradation (thermique, mécanique, chimique...), ces matériaux déclenchent spontanément, ou sous l’effet d’un stimulus externe, un processus physicochimique d’autoréparation pour restaurer leurs propriétés initiales. Ce processus permet ainsi d’augmenter leur durée de vie.

Un des premiers modèles synthétiques de ces matériaux a été proposé par White et al. en 2001 à partir de matériaux polymères composites incorporant un catalyseur et des capsules contenant un agent réparant. L’inconvénient de cette méthode repose sur le fait qu’une même région du matériau ne peut plus être réparée dès lors que la capsule d’agent actif a été consommée. Même si des améliorations ont été proposées, ces matériaux reposent sur des systèmes relativement complexes. De plus, la réparation modifie également leurs propriétés mécaniques, ce qui en limite le champ d’applications.

Aussi, un intérêt croissant est porté sur une deuxième famille de matériaux autoréparables obtenus via une réticulation réversible. Ces derniers présentent l’avantage, en théorie, de pouvoir être fracturés et réparés autant de fois que possible. Cette famille se divise en deux groupes selon que leur réticulation réversible est obtenue par liaison covalente ou par liaison non covalente. Dans cet article, nous aborderons uniquement l’autoréparation des polymères par des liaisons non covalentes appelées également liaisons supramoléculaires.

L’article développe dans une première partie le contexte de l’industrie des polymères, ainsi que le concept de l’autoréparation des polymères supramoléculaires. Les deux parties suivantes abordent l’élaboration de polymères supramoléculaires autoréparables obtenus à partir de deux liaisons non covalentes différentes : les liaisons hydrogène et les interactions π-π. Chacune de ces deux parties commence par l’étude d’un polymère de base conçu à partir d’une de ces liaisons non covalentes. Elle décrit ensuite l’évolution de sa structure afin d’améliorer ses propriétés mécaniques tout en analysant ses aptitudes à s’autoréparer. Enfin, une dernière partie aborde les systèmes hôte-invité autoréparables obtenus à partir d’éther couronne et de cyclodextrine comme molécule hôte.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-n2890


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5. Conclusion

De nombreux polymères supramoléculaires autoréparables ont été développés en laboratoire. Ces polymères possèdent comme caractéristique commune d’être intrinsèquement autoréparables, c’est-à-dire qu’ils cicatrisent grâce à leurs propriétés chimiques sans avoir recours à un agent cicatrisant stocké séparément. Certains polymères ont besoin d’un stimulus extérieur pour s’auto-réparer comme la température, d’autres en revanche sont autonomes. Dans ce dernier cas, il est important que les polymères aient une faible température de transition vitreuse. Celle-ci garantit en effet la mobilité et la dynamique des molécules favorisant l’autoréparation. Toutefois, cette température ne doit pas être trop faible pour que les liaisons non covalentes libres restent à la surface de la zone coupée afin de permettre la cicatrisation. Pour les polymères présentant une structure semi-cristalline ou cristalline, il est en plus nécessaire de supprimer la cristallinité du polymère dans la zone fracturée, afin de permettre aux liaisons non covalentes de se reformer. Le temps d’attente avant que les faces soient remises en contact joue un rôle capital. Ce temps s’étend de la minute à plusieurs heures dans le meilleur des cas. Mais, plus ce temps d’attente est faible et meilleure est l’efficacité d’autoréparation.

Aujourd’hui, deux produits issus de ces recherches sont sur le marché dans le domaine des caoutchoucs portant les marques Reverlink®  et SupraB™ .

La conception de ces polymères continue d’être améliorée pour répondre aux besoins du marché notamment en augmentant leur rigidité. Plusieurs stratégies sont étudiées, qui se focalisent notamment sur l’incorporation de nanoparticules. Ces derniers systèmes présentent souvent la particularité de s’autoréparer à température ambiante sous rayonnement UV ou IR.

Nous nous sommes, au travers de cet article, consacrés...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   *  -  PlasticsEurope http://www.plasticseurope.fr/industrie- du-plastique/donnees-du-marche.aspx.

  • (2) -   *  -  Techniques de l'ingénieur https://www.techniques-ingenieur.fr/base- documentaire/materiaux-th11/plastiques- et-composites-ti100/ sous les rubriques « Propriétés générales des plastiques » et « Applications des plastiques ».

  • (3) - LEHN (J.-M.) -   La chimie supramoléculaire : concepts et perspectives.  -  De Boeck Université (1997).

  • (4) - LEHN (J.-M.) -   *  -  Angew. Chem. Int. Ed., 26, p. 1304-1319 (1990).

  • (5) - FRIESE (V.A.), KURTH (D.G.) -   Current opinion in colloid and interface science.  -  14, p. 81-93 (2009).

  • (6) - CORDIER (P.), TOURNILHAC (F.), SOULIE- ZIAKOVIC (C.), LEIBLER (L.) -   *  -  Nature,...

1 Principaux acteurs

Acteur français :

Matière Molle et Chimie, ESPCI ParisTech – CNRS, UMR-7167, PSL Research University, 10 rue Vauquelin, 75005 Paris, France

Autres acteurs dans le monde :

Institute for Complex Molecular Systems and Laboratory of Macromolecular and Organic Chemistry, Eindhoven University of Technology, P.O. Box 513, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands

State Key Laboratory of Chemical Engineering, Department of Chemistry, Zhejiang University, 310027 Hangzhou, P. R. China

Department of Macromolecular Science, Graduate School of Science, Osaka University, Toyonaka, Osaka 560-0043, Japan

Department of Chemistry, University of California, 1102 Natural Sciences II, Irvine, California 92697-2025, United States

Department of Macromolecular Science and Engineering, Case Western Reserve University, 2100 Adelbert Road, Cleveland, Ohio 44106-7202, United States

Department of Chemistry, University of Reading, Whiteknights, Reading RG6 6AD, U.K

Institute of Chemistry, Division of Technical and Macromolecular Chemistry, Faculty of Natural Science II (Chemistry, Physics and Mathematics), Martin-Luther-University Halle-Wittenberg, Von-Danckelmann-Platz 4, Halle D-06120, Germany

Istanbul Technical University, Department of Chemistry, 34469 Istanbul, Turkey

Adolphe Merkle Institute, University of Fribourg, Chemin des Verdiers 4, CH-1700 Fribourg, Switzerland

Department of Materials Science and Engineering, Center for Optical Materials Science and Engineering Technologies (COMSET), Clemson University, Clemson, SC 29634, United State

Department of Chemistry and Biotechnology, School of Engineering, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8656, Japan

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