Il suffit d'ajouter de l'eau : Une méthode simple pour obtenir des polymères poreux polyvalents
Des scientifiques découvrent qu'ils peuvent produire des polymères en réseau à base de polyéthylèneimine en dissolvant simplement des composés de triaziridine dans l'eau
Pour un polymère composé d'unités répétitives très simples, la polyéthylèneimine (PEI) a un nombre stupéfiant d'applications pratiques, notamment des détergents, des adhésifs, des cosmétiques, des agents industriels, la capture du CO2 et même des cultures cellulaires. En général, la PEI est synthétisée par la polymérisation par ouverture de cycle de l'éthylèneimine, également connue sous le nom d'aziridine. Lorsqu'il est produit de cette manière, le résultat est un polymère liquide avec une structure ramifiée.
Des chercheurs du SIT, au Japon, ont découvert que l'ajout d'eau à un composé de triaziridine à des températures douces suffit à produire des polymères poreux solides et cohérents. En ajustant la température de réaction et la concentration initiale de triaziridine, les caractéristiques morphologiques et mécaniques des polymères peuvent être contrôlées.
Reprinted (adapted) with permission from Naga et al. Ring-Opening Polymerization of Triaziridine Compounds in Water: An Extremely Facile Method to Synthesize a Porous Polymer through Polymerization-Induced Phase Separation. ACS Macro Lett. 2022, 11, 5, 603–607. Copyright {2022} American Chemical Society.
Malgré son énorme potentiel, le PEI est freiné par le fait que l'éthylèneimine est une substance hautement toxique. Comme ce précurseur n'est pas disponible dans le commerce, il est assez difficile de mener des expériences visant à contrôler la morphologie ou l'état du PEI. Par conséquent, nous pourrions passer à côté de nombreuses nouvelles applications du PEI.
Pour résoudre ce problème, une équipe de recherche du Shibaura Institute of Technology (SIT), au Japon, s'est concentrée sur le développement de nouveaux polymères en réseau à base de PEI. Dirigée par le professeur Naofumi Naga, de la Graduate School of Engineering and Science du SIT, cette équipe a récemment découvert un moyen simple, mais révolutionnaire, de produire de tels polymères à partir d'un composé de triaziridine ; leur suggestion : il suffit d'ajouter de l'eau. Cette étude, disponible en ligne le 12 avril 2022 puis publiée dans le volume 11 numéro 5 de ACS Macro Letters le 17 mai 2022, a été réalisée en collaboration avec le professeur Tamaki Nakano de l'Institut de catalyse et de la Graduate School of Chemical Sciences and Engineering de l'université d'Hokkaido, au Japon, dans le cadre du programme Joint Usage/Research Center (MEXT).
Bien que les chercheurs aient testé deux composés de triaziridine, seul l'un d'entre eux a pu produire de manière cohérente un réseau polymère poreux après avoir réagi avec de l'eau. Son nom chimique complet est 2,2-bishydroxyméthylbutanol-tris[3-(1-aziridinyl)propionate] et il peut être abrégé en "3AZ". L'équipe a découvert que la dissolution du 3AZ dans de l'eau distillée à des températures modestes comprises entre 20 et 50 °C était suffisante pour ouvrir les groupes aziridine et permettre aux monomères du 3AZ de se lier les uns aux autres. Le résultat, à la plupart des températures et des concentrations initiales de 3AZ, était une phase polymère poreuse.
L'équipe a analysé la morphologie des polymères poreux par microscopie électronique à balayage. Alors que la température de synthèse ne semblait jouer aucun rôle à cet égard, différentes concentrations de 3AZ ont donné lieu à différentes tailles de particules, allant de 1 à 5 μm. En revanche, la température de synthèse a affecté certaines des propriétés mécaniques des polymères poreux, telles que leur module (d'élasticité) de Young. Notamment, tous les polymères poreux ont pu résister à des tests de compression de 50 N.
Pouvoir adapter les caractéristiques morphologiques et mécaniques des polymères poreux à base de PEI est un avantage considérable, d'autant plus lorsqu'il suffit d'ajuster une simple réaction avec l'eau. "L'eau est un solvant idéal pour la chimie en raison de son caractère écologique, de sa disponibilité et de sa durabilité", remarque le professeur Naga. "Notre article fait état de l'une des méthodes les plus faciles pour obtenir un polymère réticulé à base de PEI connu à ce jour." En plus des propriétés polyvalentes, l'équipe a constaté que leurs polymères poreux pouvaient absorber divers solvants indépendamment de leurs caractéristiques, notamment l'hexane, l'acétone, l'éthanol, le dichlorométhane et le chloroforme.
Dans l'ensemble, cette étude devrait permettre de mettre en lumière de nouveaux polymères à base de PEI. Tournés vers l'avenir, le professeur Naga et ses collègues espèrent trouver de nouvelles utilisations pour ces composés. "Le traitement et la modification chimique des polymères poreux 3AZ élargiront probablement leurs champs d' application, et des recherches sur ces aspects sont déjà en cours",conclut-il.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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