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La réduction de l’impact environnemental causé par les plastiques peut être abordée grâce à différentes stratégies, telles que la fabrication de plastiques plus durables ou le recyclage. En général, il existe deux principaux types de plastiques. Le premier concerne les thermoplastiques, qui peuvent être fondus et moulés pour former d’autres objets, bien que leurs propriétés mécaniques s’affaiblissent s’ils sont fondus plusieurs fois. Et le deuxième, thermodurcissablesne fondent pas à haute température, car les chaînes des polymères qui les forment sont entrelacées par des liaisons chimiques.
Les plastiques thermodurcis ont des propriétés avantageuses par rapport aux thermoplastiques. Ils ont tendance à avoir une plus grande résistance aux chocs et aux contraintes mécaniques, bien qu’ils soient également plus fragiles. La résine époxy, le silicone ou la mélamine sont des exemples de plastiques thermodurcis, couramment utilisés dans la construction. Pour rendre ces plastiques plus résistants, les ingénieurs ajoutent des matériaux de renforcement tels que des fibres de carbone. Ils sont déjà utilisés pour fabriquer des objets comme des casques de moto ou des équipements de sport, très durables bien qu’ils ne soient pas facilement recyclables.
Mettre des anneaux sur des nanotubes : une stratégie simple et très efficace
Les nanotubes de carbone sont essentiellement une feuille de graphène enroulée sur elle-même. Pour joindre un nanotube avec d’autres molécules, il est possible de le faire directement par des liaisons covalentes qui cassent un peu le tube, ajoutent des défauts et le fragilisent. La stratégie poursuivie par les chercheurs utilise la liaison mécanique – une molécule annulaire autour du nanotube – pour intégrer les nanotubes dans le réseau polymère, en préservant toutes leurs propriétés et en maximisant le transfert de charge de la matrice au renfort. En d’autres termes, on ne peut pas faire mieux.
Les propriétés mécaniques de ce plastique renforcé restent intactes après avoir été fondu et recyclé jusqu’à 4 fois.
En ingénierie, la loi des mélanges indique que les propriétés d’un composé sont le mélange des propriétés des matériaux d’origine, selon leur proportion. L’étude menée par les chercheurs madrilènes confirme que cela n’est le cas que lorsqu’il existe un transfert efficace de contrainte mécanique entre les deux composés, au niveau nanoscopique. Dans leurs travaux, les chercheurs ont réussi efficacité maximale dans le transfert des contraintes mécaniques du polymère aux nanotubesle matériau le plus résistant. Les nanotubes ont un module d’Young de 1TPa, 5 fois plus dur que l’acier, étant un matériau beaucoup plus léger. Ajouter davantage de nanotubes au plastique ne le rend pas plus résistant, car les nanotubes commencent à s’agglomérer et à perdre de leur efficacité. La clé du succès réside dans la liaison covalente entre les nanotubes et le polymère.
Tout a commencé avec une subvention ERC
L’histoire de ce résultat scientifique commence en 2012, lorsque le chercheur Emilio Pérez a reçu une prestigieuse subvention « Starting » du Conseil européen de la recherche (ERC) pour développer une idée innovante : placer des anneaux moléculaires sur des nanotubes de carbone. Avec cette subvention de 1,5 million d’euros, Pérez a consolidé son groupe de recherche à l’institut IMDEA Nanociencia. Pendant 5 ans, ils ont créé des liaisons mécaniques entre des molécules cycliques et des nanotubes de carbone et étudié leurs propriétés, sans toutefois se concentrer encore sur leurs applications possibles. En 2017, Pérez a reçu un appel de Nanocœur ApSune entreprise danoise pionnière dans le transfert de résultats vers le marché de la production de matériaux. Ils envisageaient également de modifier les nanotubes de carbone, par une approche biochimique. Ils ont commencé à collaborer ensemble sur un projet d’un an, puis ont obtenu une subvention ERC « Proof of Concept » qui a promu les expériences. En 2020, ils signeront un contrat de plus de 3 millions d’euros pour travailler ensemble sur le renforcement des plastiques avec des nanotubes de carbone.
Une myriade d’applications
La collaboration avec Nanocore continue d’explorer tous les polymères les plus commercialement pertinents qui peuvent être renforcés. Produire des plastiques presque aussi résistants que les fibres de carbone, qui peuvent être fondus et recyclés, est un rêve. Un avant et un après, qui peuvent contribuer fermement à un nouveau scénario, plus vert et plus durable. Pérez explique : « Produire des structures plus légères, comme des voitures, des avions, etc., entraînerait des économies de carburant considérables. » Fabriquer avec moins de matériaux et garantir la recyclabilité ouvre un horizon prometteur.
Référence: Isasti I, Miranda S, Jiménez DM et al. Renforcement des réseaux adaptables covalents de polyimine avec des dérivés mécaniquement imbriqués de SWNT. Matériaux de fonction avancée. 2024 : 2408592. est ce que je: 10.1002/adfm.202408592
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