Présentation
EnglishRÉSUMÉ
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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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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4. Systèmes hôtes-invités
Il existe de très nombreux systèmes hôtes-invités dans la littérature , mais peu semblent présenter des capacités d’autoréparations.
Analyse mécanique dynamique (AMD) :
Analyse qui consiste à soumettre un échantillon à une contrainte ou à une déformation oscillatoire, afin de mesurer la force résultante transmise par ce dernier à l’aide d’un analyseur mécanique dynamique. Elle permet l’étude et la caractérisation des propriétés mécaniques de matériaux viscoélastiques, tels que les polymères, en mesurant :
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les modules complexes d’élasticité en élongation (E*), en cisaillement (G*) et la viscosité ;
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le facteur d’amortissement aussi appelé facteur de perte ;
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la température de transition vitreuse.
4.1 Système hôte-invité : éther couronne/ammonium
Huang et al. ont mélangé (figure 15) dans des proportions stœchiométriques un polymère poly(méthyl méthacrylate) possédant des groupes pendants dibenzo[24]couronne-8 (DB24C8) (H-1), avec un sel bis ammonium lié par une chaîne alkyl (I-1). Ils ont préparé les gels [H-1+I-1a] et [H-1+I-1b] avec respectivement des ammoniums phényles (DBA) et cyclohéxyles.
Les auteurs rapportent que les gels [H-1+I-1] sont thixotropes (figure 16). En 30 s, le gel [H-1+I-1a] retrouve 95 % des modules G’ et G’’. Quant au gel [H-1+I-1b], il récupère totalement la valeur des deux modules en moins de 10 s. Ces tests de rhéologies confirment la restauration...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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 ».
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(4) - LEHN (J.-M.) - * - Angew. Chem. Int. Ed., 26, p. 1304-1319 (1990).
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-
(6) - CORDIER (P.), TOURNILHAC (F.), SOULIE- ZIAKOVIC (C.), LEIBLER (L.) - * - Nature,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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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