Réglage de la polymérisation frontale pour diverses propriétés des matériaux

Réglage de la polymérisation frontale pour diverses propriétés des matériaux

Réglage de la polymérisation frontale pour diverses propriétés des matériaux

Les images illustrent le changement de forme du polymère en fonction de la température de transition vitreuse. Crédit: Groupe des systèmes de matériaux autonomes.

Des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign ont amélioré la technique de polymérisation frontale, où une petite quantité de chaleur déclenche une onde de réaction en mouvement qui produit un matériau polymère. La nouvelle méthode permet une gamme plus large de matériaux avec un meilleur contrôle sur leurs propriétés thermiques et mécaniques.


L’article, « Synthèse rapide des élastomères et des thermodurcissables à propriétés thermomécaniques accordables », a été publié dans Lettres de macro ACS et sélectionné comme choix des éditeurs ACS.

« La plupart des recherches précédentes ont porté sur des matériaux plus rigides. Ce document est la première fois que la polymérisation frontale est utilisée pour synthétiser un matériau caoutchouteux », a déclaré Nancy Sottos, chaire Maybelle Leland Swanlund et chef du département des sciences et de l’ingénierie des matériaux, qui dirige également le groupe des systèmes de matériaux autonomes au Beckman Institute for Advanced Science and Technology. « La nouvelle technique nous permet d’avoir plus de contrôle et fabrique des matériaux qui ont de bonnes propriétés d’ingénierie en termes de résistance et de rigidité. »

Les chercheurs ont utilisé un mélange de deux monomères, le 1,5-cyclooctadiène et le dicyclopentadiène, pour créer des matériaux adaptés à une large gamme d’applications.

« Ces matériaux sont chimiquement similaires à ceux utilisés dans les pneus », a déclaré Leon Dean, un étudiant diplômé du groupe Sottos, qui fait partie d’AMS. « Classiquement, la synthèse des caoutchoucs nécessite un solvant organique, plusieurs étapes et beaucoup d’énergie, ce qui n’est pas respectueux de l’environnement. Notre méthode de fabrication sans solvant accélère le processus et réduit la consommation d’énergie. »

La polymérisation rapide utilisant les monomères 1,5-cyclooctadiène et dicyclopentadiène est montrée. Crédit: Groupe des systèmes de matériaux autonomes.

En utilisant cette technique, les chercheurs ont pu fabriquer des matériaux qui démontrent une main en polymère à mémoire de forme. L’effet de mémoire de forme se produit lorsqu’un polymère pré-déformé est chauffé au-delà de sa température de transition vitreuse, qui est le point où le polymère passe d’un matériau vitreux dur à un matériau caoutchouteux doux. Le changement de forme séquentiel a été rendu possible par les différences de température de transition vitreuse entre chaque couche.

« Nous avons fabriqué un matériau en couches en forme de main, où chaque couche avait des quantités différentes des deux monomères et donc des températures de transition vitreuse différentes », a déclaré Qiong Wu, stagiaire postdoctoral au sein du groupe Moore, qui fait également partie de l’AMS. « Lorsque vous chauffez le polymère au-dessus de la température de transition vitreuse la plus élevée, puis le refroidissez, il forme un poing. Lorsque vous augmentez à nouveau la température, les chiffres du poing s’ouvrent de manière séquentielle. »

Les chercheurs espèrent développer davantage cette technique en améliorant leur contrôle sur les propriétés des polymères. « Bien que nous ayons démontré l’adaptabilité de plusieurs propriétés sur une large gamme, il reste difficile d’ajuster chaque propriété individuellement », a déclaré Wu.

« La mise à l’échelle de la technique sera également un défi », a déclaré Dean. « La plupart de nos travaux ont été effectués à l’échelle d’un laboratoire. Cependant, dans la fabrication à plus grande échelle, il existe une concurrence entre la polymérisation en masse et la polymérisation frontale. »

« Cette étude montre le Beckman Institute à son meilleur », a déclaré Jeff Moore, titulaire d’une chaire dotée d’Ikenberry, professeur de chimie et directeur du Beckman Institute. « Il a réuni deux groupes qui ont des perspectives différentes sur un problème, mais partagent un objectif commun. »

Omar Alshangiti, un étudiant de premier cycle du groupe Moore, a également apporté une contribution significative à l’étude en étudiant les combinaisons de monomères appropriées, en préparant la plupart des échantillons et en mesurant tous les paramètres du processus de polymérisation frontale.


Comprendre comment la séquence de monomères affecte la conductance dans les «fils moléculaires»


Plus d’information:
Leon M. Dean et al, Synthèse rapide d’élastomères et de thermodurcissables à propriétés thermomécaniques accordables, Lettres de macro ACS (2020). DOI: 10.1021 / acsmacrolett.0c00233

Fourni par le Beckman Institute for Advanced Science and Technology

Citation: Tuning frontal polymérisation pour diverses propriétés des matériaux (2020, 16 juillet) récupéré le 16 juillet 2020 sur https://phys.org/news/2020-07-tuning-frontal-polymerization-diverse-material.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. Hormis toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.