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Des scientifiques de l'Institut Charles Sadron (CNRS) à Strasbourg et de l'Institut Max Planck de recherche sur les polymères à Mayence ont dévoilé les raisons pour lesquelles des polymères insolubles dans l'eau ou dans l'alcool peuvent néanmoins être solubilisés dans des mélanges eau-alcool. Publiés dans la revue Nature Communications, ces travaux ouvrent la voie vers des polymères intelligents.
Variation relative du gonflement d'un modèle du poly(méthacrylate de méthyle), le polymère dont on fait le Plexiglas, dans des solutions aqueuses alcooliques. Alors que le polymère est effondré dans l'eau pure ou dans l'alcool pur, il gonfle de façon considérable dans de l'eau avec 60% d'alcool.
©Carlos Marques
La fabrication de matériaux à base de polymères requiert souvent des étapes de solubilisation et de précipitation. Pour cela, on a besoin d'un bon solvant, capable de bien faire gonfler le polymère sous forme de pelote ouverte. Or dans certains cas, les scientifiques ont pu observer qu'un mélange de deux mauvais solvants (dans lesquels le polymère reste en sphère compacte) peut se révéler un bon solvant. Des chercheurs de l'Institut Charles Sadron (CNRS) ont dévoilé le mécanisme à l'origine de ce phénomène qui a intrigué les scientifiques pendant longtemps.
Tout est une question de forces appliquées aux monomères, le motif élémentaire qui compose la chaîne moléculaire du polymère. Par exemple, si vous plongez le poly(méthacrylate de méthyle) dans de l'eau, ce polymère dont on fait le Plexiglas s'effondre car la répulsion entre les monomères et le solvant devient plus grande que la répulsion entre les monomères. L'alcool est pareillement un mauvais solvant pour ce polymère. Mais si vous mélangez eau et alcool, dans des proportions proches de celles de nombreuses boissons alcoolisées, les deux solvants entrent en concurrence. Ainsi, se repoussant l'un l'autre, l'alcool et l'eau repoussent moins les monomères, ce qui permet au polymère de se déployer.
Retrouvé dans de nombreux mélanges de solvants mais incompris jusqu'à présent, ce phénomène de "co-solubilité" fournit un principe directeur pour la conception de matériaux polymères "intelligents", comme des hydrogels répondant à un stimulus externe, ou de l'électronique organique.
Références publication:
Debashish Mukherji, Carlos M. Marques, Torsten Stuehn & Kurt Kremer
Depleted depletion drives polymer swelling in poor solvent mixtures
Nature Communications – Novembre 2017
DOI: 10.1038/s41467-017-01520-5
Contacts chercheurs:
Carlos Marques, ICS UPR22
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