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Un caoutchouc aux propriétés autocicatrisantes


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Un caoutchouc aux propriétés autocicatrisantes

Magie ou chimie ? Le laboratoire Matière molle et chimie CNRS/ESPCI, met au point un caoutchouc étonnant qui s’auto-répare lorsqu’il a été coupé… sans trace de la coupure!

Un caoutchouc coupé ou déchiré peut-il être réparé par une simple remise en contact à température ambiante ? Oui ! Répond l'équipe de Ludwik Leibler du laboratoire Matière molle et chimie de l’ESPCI. A partir d'un système de petites molécules d'acides gras facilement disponibles, associées astucieusement dans un réseau, les chercheurs ont créé un matériau aux propriétés caoutchoutiques capable de s'auto-réparer. Au-delà des caoutchoucs auto-cicatrisants, la chimie proposée par l'équipe du laboratoire Matière molle et chimie est très souple et prometteuse.

Auto-réparation : des mains ouvertes qui cherchent à s'associer

Un caoutchouc est un matériau mou, capable de subir des déformations de 100 à 500% et de revenir à sa forme initiale sans déformation rémanente notable. Cette propriété est par essence réservée aux réseaux macromoléculaires qui sont constitués de longues molécules (chaînes macromoléculaires) reliées solidement entre elles par des liaisons fortes. Les chercheurs du laboratoire Matière molle et chimie (CNRS / ESPCI) ont utilisé un mélange de petites molécules d’acides gras di et trifonctionnelles portant une variété de groupements hétéroatomiques (amide, urée, N-carbamyl, imidazolidone), tous susceptibles de s'associer les uns aux autres par des liaisons hydrogène. Ils ont préféré ce mélange à une molécule unique qui aurait davantage tendance à former un arrangement cristallin. Et ont relevé le défi ! A température ambiante, le matériau créé se comporte comme un caoutchouc. A température plus élevée (130-150°C), il est capable de s’écouler et il peut être mis ou remis en forme.

L’équipe de Ludwik Leibler a également constaté que ce design à partir de petites molécules conférait au matériau une propriété tout à fait inhabituelle : la possibilité de se réparer spontanément. « Il y a deux sortes de molécules à l'intérieur du produit. Certaines ont deux « mains », d'autres trois, mais toutes se donnent les mains. Quand on coupe l'élastique, en fait, on ouvre les mains. Ensuite, si on rapproche les deux morceaux de l'élastique, un grand nombre de mains ouvertes cherchent à s'associer » explique Ludwik Leibler avec des mots imagés. Une fois réparé, l'échantillon est de nouveau capable de tolérer des déformations considérables (de 100 à 400%) avant de se rompre de nouveau. Le processus peut être répété plusieurs fois et, de façon encore plus étonnante, la réparation peut s’effectuer plusieurs heures après l’endommagement.

Des applications allant du bâtiment jusqu’aux hautes technologies]

Il est important de souligner la simplicité des moyens mis en jeu, car il était primordial pour les chercheurs que le matériau puisse être produit et ils s’étaient imposés comme contrainte la disponibilité des matières premières. Leur approche originale utilise des mélanges d’acides gras disponibles en large quantité et variétés. De plus, il s'agit de produits d'origine végétale (pin, tournesol, maïs, colza) essentiellement non toxiques et renouvelables.

Les applications possibles peuvent toucher des domaines variés depuis le bâtiment jusqu’aux hautes technologies. D'ores et déjà, la société de chimie Arkema, partenaire de cette recherche, développe des produits basés sur cette technologie en vue d'une production industrielle.


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