Adhésifs, revêtements, peintures: des polymères peuvent être produits en émulsion grâce à une réaction activée par la lumière visible. Des chercheurs du laboratoire Chimie, Catalyse, Polymères et Procédés (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/CPE Lyon), du laboratoire Hydrazines et Composés Énergétiques Polyazotés (CNRS/Université
Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le...) Lyon 1/CNES/ArianeGroup), et de l'
Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) des
Matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) de Mulhouse (CNRS/Université Haute Alsace) viennent de le démontrer dans la revue
Angewandte Chemie International Edition.
Photopolymérisation en émulsion: production de particules de polymères grâce à la lumière visible
©Muriel Lansalot, Emmanuel Lacôte, Elodie Bourgeat-Lami
La polymérisation en émulsion est une méthode très employée dans le monde académique comme dans l'industrie: elle permet en effet d'obtenir des latex, suspensions dans l'eau de polymères de hautes masses molaires, de manière efficace (taux de solide élevés), peu coûteuse et verte (sans solvant). Jusqu'à présent, ces polymérisations étaient amorcées par voie
thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) ou par réaction d'oxydoréduction. Les équipes(1) du laboratoire Chimie,
Catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique...), Polymères et Procédés (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/CPE Lyon), du laboratoire Hydrazines et Composés Énergétiques Polyazotés (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/CNES/ArianeGroup), et de l'Institut des Matériaux de Mulhouse (CNRS/Université Haute Alsace) ont mis au point un amorçage par voie photochimique qui permet un
contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) externe de la polymérisation, du point de vue spatial (seule la zone irradiée réagit) comme temporel (l'avancement ne procède que quand le milieu est éclairé).
Pour cela, il a fallu franchir deux obstacles. Tout d'abord, la plupart des systèmes d'amorçage de photopolymérisation sont lipophiles et ne sont donc pas adaptés à la polymérisation en émulsion qui requiert un amorçage dans la phase aqueuse. De plus, les gouttelettes initiales de monomère puis les nanoparticules de polymères formées ont une taille qui leur fait diffuser la lumière ultra-violette: on ne peut donc utiliser cette dernière efficacement pour un amorçage. Ainsi, les partenaires ont élaboré un système amorceur hydrophile à base de bore fonctionnant dans le visible, ce qui permet une pénétration contrôlée de la lumière dans le milieu.
Le système a été testé sur le styrène, conduisant à la production de latex de
polystyrène (Le polystyrène (PS en abrégé) est le polymère -(CH2-CH(Ph))n-, obtenu par la...), qui peuvent par exemple trouver des applications en tant que particules support en
diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de...) biomédical. Ce styrène a été photopolymérisé en émulsion avec des conversions totales et sans déstabilisation: les particules de polymères en
suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de...) dans l'eau ne s'agrègent pas. La méthode permet ainsi d'accéder à des latex stables, avec des tailles de nanoparticules allant de 50 à 300 nm de
diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) (selon la
quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de
tensioactif (Un tensioactif ou agent de surface est un composé qui modifie la tension superficielle entre deux...) employée) et des taux de solides pouvant atteindre 30 %.
Le dispositif, qui fonctionne à plus basse température que la voie thermique, repose sur des LED disponibles en grandes surfaces, un équipement très simple, peu onéreux et sûr pour les opérateurs. Le contrôle spatial de type on/off qu'offre la méthode permet d'envisager son transfert dans des dispositifs en flux continu. Enfin, l'utilisation de lumière visible permet quant à elle d'envisager d'effectuer la polymérisation en présence de pigments ou de matériaux sensibles à la lumière ultra-violette ou dégradés par la
chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...). Ce nouveau procédé présente donc de nombreux avantages.
Note:
(1) avec le soutien de l'ANR et de la société PnP (Photons & Polymers, Lutterbach)
Référence publication:
Frédéric Le Quéméner, Daniel Subervie, Fabrice Morlet-Savary, Jacques Lalevée, Muriel Lansalot, Elodie Bourgeat-Lami, Emmanuel Lacôte
Visible-light Emulsion Photopolymerization of Styrene
Angewandte Chemie International Edition – Décembre 2017
DOI: 10.1002/anie.201710488
Contacts chercheurs:
- Muriel Lansalot,
C2P2 UMR 5265,
Université Claude Bernard Lyon 1, CPE Lyon
- Elodie Bourgeat-Lami,
C2P2 UMR 5265,
Université Claude Bernard Lyon 1, CPE Lyon
- Emmanuel Lacôte,
LHCEP UMR 5278,
Université Claude Bernard Lyon 1, CNES, ArianeGroup
- Jacques Lalevée,
IS2M UMR 7361,
Université de Haute Alsace