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Une nouvelle classe de plastiques
15/05/2014

Pour l'équipe, le but est d'arriver à amorcer toutes ces chaînes en même temps et de contrôler leur croissance pour obtenir des chaînes uniformes en longueur et en fonctionnalité, les monomères s'incorporant de manière définie en fonction des conditions expérimentales.

Comment faire? En limitant le processus de polymérisation aux deux premières étapes, l'amorçage des chaînes et leur croissance, tout en évitant les terminaisons irréversibles: lorsque toutes les unités de monomères sont consommées, les macromolécules formées restent actives. 

Copolymères fonctionnels

« L'exemple le plus important de notre article, ce sont les copolymères EVA qui concernent une gamme de produits très vaste comme les colles, les films d'emballage, des latex, etc. Cela représente un très gros business, de très très gros volumes..."

L'acétate de vinyle est un monomère liquide alors que l'éthylène est gazeux ; les mélanger oblige donc à travailler sous pression. L'équipe de Christophe Detrembleur a utilisé un agent de contrôle, un complexe organométallique à base de cobalt, qui permet d'amorcer et de contrôler cette polymérisation. Dans un premier temps, ce dernier est placé dans le réacteur avec le premier monomère, l'acétate de vinyle, et ensuite, le réacteur est mis sous pression d’éthylène.

Les chercheurs ont montré qu'en modulant la pression de travail, on parvient à contrôler la quantité de chacun des monomères dans le copolymère et donc ses propriétés. Par exemple, à 10 bar d'éthylène, le copolymère se compose à peu près de 15% d'éthylène et de 85% d'acétate de vinyle. Si la pression monte à 50 bar, chaque monomère est présent à hauteur de 50% environ.

préparation nouveaux EVA

"Ceci est particulièrement important parce qu'on change totalement la polarité du polymère, donc sa fonctionnalité. Par exemple, sa température de transition vitreuse (la température à laquelle il "fond"). Nous avons démontré que nous pouvions aisément changer la teneur en éthylène dans le copolymère simplement en jouant sur la pression et tout cela en contrôlant la polymérisation. En fait, nous suivons l'évolution de la masse molaireen fonction de la conversion: plus on incorpore de monomères, plus la chaîne va croître, et donc sa masse molaire augmente. C'est un des paramètres que nous suivons pour démontrer que nous contrôlons les chaînes".

Contrôle de l'architecture

"En fin de polymérisation, la chimie développée permet soit de fonctionnaliser l'extrémité de la chaîne, soit -ce qui est plus intéressant et qui fait l'objet de la publication- d'arriver à faire des copolymères à blocs ou séquencés (vous avez non pas un mélange de polymères A et de polymères B, mais vous avez A et B qui sont liés de manière forte). Seules les techniques de polymérisations contrôlées permettent d'en préparer. » 

De fait, à côté du contrôle de la masse molaire, les chercheurs parviennent à contrôler l'architecture grâce à un processus très simple. En commençant par exemple la copolymérisation à 50 bar, puis en changeant la pression à 10 bar après quelques heures de réaction: à 50 bar, les chaînes formées auront une composition en éthylène et acétate de vinyle de 50/50 et puis dans la seconde étape (à 10 bar), ces chaînes initialement formées vont sallonger en incorporant 15% d'éthylène et 85% dacétate de vinyle. A la fin, on obtient un copolymère A (contenant 50% d'éthylène) qui est lié à un copolymère B (15% d'éthylène). On forme dès lors un copolymère bi-séquencé AB.

A partir de là, les possibilités sont infinies: on peut terminer le copolymère AB par une fonction chimique importante pour lapplication visée, on peut coupler deux AB entre-eux, et ainsi former un copolymère triséquencé symétrique ABA: en quelques secondes, la masse molaire du copolymère est doublée, ses propriétés mécaniques évoluent et avec elles, les applications possibles. 

"A partir du moment où vous contrôlez la réactivité et la croissance de vos chaînes, vous pouvez faire un peu ce que vous voulez, mettre la fonctionnalité qu'il faut pour avoir la propriété voulue, ajoute-t-il. Parfois, vous avez besoin d'un polymère très long ou très court, avec une fonctionnalité bien précise en extrémité de chaîne pour permettre l'accroche à une surface par exemple. Pour certaines applications, vous pouvez vouloir des polymères en forme d'arbre et, par cette technique, vous y avez accès". 

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