Plan de construction pour plastiques stables et élastiques

Dans le monde d’aujourd’hui, le plastique est utilisé dans d’innombrables endroits et sous de nombreuses variantes. Parfois, un plastique est extensible comme le caoutchouc, parfois il est rigide et presque aussi stable que l’acier. Les liaisons croisées entre les molécules du plastique sont souvent responsables de cette différence. Cependant, la combinaison des deux propriétés – une grande élasticité et une grande stabilité – dans un seul matériau n’a jusqu’à présent été possible que dans une mesure très limitée. Cela pourrait changer avec un modèle fondamentalement nouveau pour de tels matériaux, comme le rapporte une équipe de recherche dans la revue « Science Advances ».

“Imaginez un implant cardiaque qui fléchit et s’étire à chaque battement cardiaque tout en restant stable pendant de nombreuses années”, explique Baiqiang Huang, de l’Université de Virginie à Charlottesville. Jusqu’à présent, il fallait toujours faire des compromis pour certains composants en plastique. Soit le matériau était flexible, mais peu stable. Ou encore, un plastique, appelé polymère, constitué d’un réseau stable avec de nombreuses connexions croisées, a été utilisé. Cependant, cela signifiait que le matériau perdait beaucoup de flexibilité.

De la simulation au plastique fini

Huang et son équipe se sont attaqués à ce problème. Afin de combiner les deux avantages possibles d’un plastique, ils ont développé une nouvelle structure pour un polymère, dans un premier temps par le biais de simulations théoriques. Vous pouvez imaginer la structure comme celle d’un petit goupillon plié plusieurs fois : au milieu du polymère se trouve un brin principal pliable. De nombreuses chaînes moléculaires courtes en partent avec des espaceurs supplémentaires afin que les chaînes ne se nouent pas. Le brin central peut également être étiré jusqu’à plusieurs fois sa longueur. Les nombreuses chaînes latérales s’alignent de manière ordonnée autour du brin central. De cette façon, ils stabilisent l’ensemble du plastique, qui est donc à la fois flexible et stable.

Les chercheurs ont ensuite mis en pratique ce projet pour de nouveaux types de plastiques. Pour le brin intermédiaire et les nombreuses chaînes latérales, ils ont choisi un plastique silicone flexible – le polydiméthylsiloxane, ou PDMS en abrégé. Comme espaceurs entre les chaînes latérales, ils ont ajouté des éléments constitutifs individuels non réticulés d’un plastique, appelés monomères fabriqués à partir d’une molécule appelée méthacrylate de polybenzyle. En plusieurs étapes, un plastique a été créé qui, comme le caoutchouc, peut être étiré jusqu’à plusieurs fois sa longueur. Dans le même temps, le matériau reste très stable de l’état non étiré à l’état étiré.

Comme l’expérience l’a montré, le modèle initialement développé théoriquement, sur le modèle d’un goupillon, pourrait en réalité être mis en œuvre dans un plastique stable et flexible. Les scientifiques sont donc convaincus que le même concept peut également être transféré à d’autres plastiques. De nombreux nouveaux matériaux plastiques pourraient être développés, combinant stabilité et extensibilité d’une manière totalement nouvelle.