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Posté par Redbran le Vendredi 23/02/2018 à 12:00
Une polymérisation en émulsion amorcée grâce à la lumière visible
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 10 février 1878 à Paris, est un médecin et physiologiste français.) Lyon 1/CNES/ArianeGroup), et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) des Matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) 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 (Le mot monde peut désigner :) académique comme dans l'industrie: elle permet en effet d'obtenir des latex (LaTeX est un système logiciel de composition de documents créé par Leslie Lamport. Plus exactement, il s'agit d'une collection de macro-commandes destinées à faciliter l'utilisation du « processeur de...), suspensions dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) 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 l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes physiques,...) ou par réaction d'oxydoréduction. Les équipes(1) du laboratoire Chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.), Catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le...), 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 (Graphie) 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 vérification et de maîtrise.) externe de la polymérisation, du point de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) 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 (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) aqueuse. De plus, les gouttelettes initiales de monomère puis les nanoparticules de polymères formées ont une taille qui leur fait diffuser la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm...) 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 (Le bore est un élément chimique de symbole B et de numéro atomique 5.) 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, qui peuvent par exemple trouver des applications en tant que particules support en diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation, distinction“ et γν?ση, gnósi, „la...) 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 particule. En géomorphologie, la suspension est un mode 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 et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est...) (selon la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la...) de tensioactif (Un tensioactif ou agent de surface est un composé qui modifie la tension superficielle entre deux surfaces. Les composés tensioactifs sont des molécules amphiphiles, c'est-à-dire qu'elles présentent deux...) employée) et des taux de solides pouvant atteindre 30 %.

Le dispositif, qui fonctionne à plus basse température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de...) 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 (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les...) 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 : Quelle chaleur !). 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 (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et...) 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

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Source: CNRS INC