La formule d'impression 3D des chercheurs pourrait transformer l'avenir de la mousse
Des coussins de siège aux matelas en passant par les isolants, la mousse est partout, même si nous ne la voyons pas toujours. Aujourd'hui, des chercheurs de l'université du Texas à Dallas ont fusionné la chimie et la technologie pour créer une mousse imprimée en 3D qui est plus durable et plus recyclable que la mousse polymère que l'on trouve dans de nombreux produits de tous les jours.
Des chercheurs de l'université du Texas à Dallas ont fusionné la chimie et la technologie pour créer une mousse imprimée en 3D qui est plus durable et plus recyclable que la mousse polymère que l'on trouve dans de nombreux produits de tous les jours. La recherche, qui paraît dans l'édition imprimée du 1er mars de RSC Applied Polymers, s'est concentrée sur la création d'une mousse robuste mais légère pouvant être imprimée en 3D.
University of Texas at Dallas
La recherche, publiée dans l'édition imprimée du 1er mars de RSC Applied Polymers, une revue de la Royal Society of Chemistry, s'est concentrée sur la création d'une mousse robuste mais légère pouvant être imprimée en 3D, une méthode encore largement inexplorée dans la fabrication commerciale, a déclaré le co-auteur principal de l'étude, Rebecca Johnson BS'20, étudiante en doctorat à l'UT Dallas.
"C'est probablement le projet le plus long que j'aie jamais réalisé", a déclaré Rebecca Johnson, qui prévoit d'obtenir son doctorat en chimie en mai. "Du début à la fin, il a duré un peu plus de deux ans. Une grande partie du travail a consisté à essayer de formuler correctement le polymère pour qu'il soit compatible avec l'imprimante 3D.
Bien qu'il soit difficile de créer de nouveaux matériaux compatibles avec la technologie 3D, le processus d'impression 3D a permis aux chercheurs de créer des formes complexes qui pourraient être personnalisées dans des applications de fabrication. Pour démontrer la validité du concept, ils ont produit de la mousse ayant la forme d'un chien en ballon.
"L'objectif du projet était de remédier à certaines limitations de l'impression 3D en termes de fabrication de mousse polymère", explique Ron Smaldone, professeur agrégé de chimie et de biochimie à l'École des sciences naturelles et des mathématiques et auteur correspondant de l'étude. "L'une des principales utilisations, ou l'un des principaux intérêts, des mousses imprimées en 3D est l'isolation et l'absorption des chocs.
Selon M. Smaldone, avec davantage de recherches et d'expérimentations, ce type de mousse et de processus pourrait être utilisé pour des articles à forte capacité d'absorption des chocs, tels que les casques de moto ou de football, les pare-chocs de voiture ou les armures. Il a également noté que l'impression 3D permet de créer des structures plus complexes, telles que des réseaux fins, qui peuvent accroître la flexibilité physique du matériau et offrir une plus grande polyvalence pour les applications.
Les chercheurs ont également étudié comment fabriquer un matériau qui pourrait être imprimé en 3D pour obtenir un produit final cohérent sans trop de défauts. La plupart des mousses commerciales sont thermodurcissables, c'est-à-dire qu'elles subissent une réaction chimique pendant le moulage qui verrouille de manière permanente leur structure, les empêchant d'être remodelées, fondues ou dissoutes. Par conséquent, la plupart des mousses polymères ne peuvent pas être recyclées et finissent dans les décharges, a expliqué M. Smaldone.
Les chercheurs de l'UT Dallas ont mis au point leur mousse durable en utilisant des liaisons réversibles spéciales, appelées chimie covalente dynamique. Bien que la mousse ne puisse pas être complètement fondue et remodelée comme le plastique, ces liaisons permettent au matériau de se réparer lorsqu'il est endommagé, ce qui le rend plus polyvalent et plus durable.
"Nous ne sommes certainement pas les seuls à essayer de faire cela", a déclaré M. Smaldone. "La nouveauté consiste à utiliser la chimie dynamique pour imprimer un matériau en mousse vraiment excellent. La prochaine question à se poser sera de savoir comment ajuster les propriétés et utiliser ce nouveau type de connaissances pour répondre à une variété de besoins différents".
Johnson et l'autre co-auteur principal de l'étude, le doctorant en chimie Ariel Tolfree BS'23, ont développé leurs idées après avoir étudié des recherches similaires dans le domaine. Tolfree, qui considère Johnson comme son mentor, prévoit d'approfondir la recherche en examinant comment rendre la mousse plus recyclable et en explorant le potentiel de durabilité de la mousse.
Selon Mme Tolfree, la création d'un chien en ballon en mousse comme l'un des objets testés par le groupe était un choix naturel.
"C'est une forme simple, mais qui représente parfaitement nos mousses", a déclaré M. Tolfree. "Un ballon semble ordinaire jusqu'à ce qu'il soit transformé en quelque chose de nouveau, défiant presque les attentes. Il en va de même pour nos mousses : d'abord discrètes, elles se transforment en quelque chose de remarquable une fois qu'elles ont pris de l'expansion et se sont transformées.
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Publication originale
Rebecca M. Johnson, Ariel R. Tolfree, Gustavo Felicio Perruci, Lyndsay C. Ayers, Niyati Arora, Emma E. Liu, Vijayalakshmi Ganesh, Hongbing Lu, Ronald A. Smaldone; "3D printable polymer foams with tunable expansion and mechanical properties enabled by catalyst-free dynamic covalent chemistry"; RSC Applied Polymers, Volume 3, 2025
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