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Comment fabriquer des nanocomposites polymères résistants par polymérisation in situ ?
En chimie des polymères, la polymérisation in situ, en tant que méthode de préparation réalisée dans un mélange de polymérisation, offre de nombreuses opportunités pour le développement de nanoparticules. Cette technologie n’implique pas seulement la synthèse d’oligomères instables, mais doit également être réalisée dans des conditions spécifiques pour garantir l’optimisation de la résistance et des performances du nanocomposite polymère final.
Le processus de polymérisation in situ comprend une étape d'initiation et une série d'étapes de polymérisation, formant finalement un mélange de molécules de polymère et de nanoparticules.
Les nanoparticules sont initialement dispersées dans un monomère liquide de faible poids moléculaire. Lorsqu'un mélange homogène est formé, la polymérisation est initiée par l'ajout d'un initiateur approprié et l'exposition à une source telle que la chaleur, le rayonnement ou similaire. Une fois le mécanisme de polymérisation terminé, un matériau nanocomposite constitué de molécules de polymère et de nanoparticules est produit. Ce procédé revêt une grande importance pour le développement de matériaux respectueux de l’environnement car il répond à la fois aux exigences fonctionnelles et de durabilité.
Avantages et inconvénientsLes avantages du processus de polymérisation in situ sont la rentabilité des matériaux, la facilité d’automatisation et la capacité d’être intégré à une variété de méthodes de chauffage et de durcissement. Cependant, cette approche présente des inconvénients qui ne peuvent être ignorés, notamment les limitations des matériaux disponibles, les délais courts pour réaliser le processus de polymérisation et la nécessité d’équipements coûteux.
Pour mettre en œuvre la polymérisation in situ pour former des nanocomposites polymères, certaines conditions doivent être respectées, comme l'utilisation d'un prépolymère à faible viscosité (généralement inférieure à 1 Pascal).
Applications des nanocomposites d'argile
À la fin du 20e siècle, Toyota Motor Corporation a été le pionnier de l’application commerciale des nanocomposites d’argile-polyamide-6, directement basés sur la polymérisation in situ. Grâce à ces bases établies, la recherche sur les nanocomposites de talc à couches polymères s’est rapidement développée. Après l’ajout d’une petite quantité de nanocharges, la résistance, la stabilité thermique et la capacité de barrière des nanocomposites d’argile sont considérablement améliorées.
Applications des nanotubes de carbone (NTC)
La polymérisation in situ est une méthode clé pour la préparation de nanotubes de carbone modifiés par polymère. Les nanotubes de carbone ont été largement étudiés pour leurs excellentes propriétés mécaniques, thermiques et électroniques et présentent un grand potentiel dans des applications telles que les composites renforcés et les composites thermoconducteurs. L’avantage de la polymérisation in situ est qu’elle est compatible avec la plupart des polymères et peut former de fortes interactions covalentes avec la paroi du nanotube à un stade plus précoce.
Les progrès de la polymérisation in situ ont permis la production de composites polymère-nanotubes de carbone avec des propriétés mécaniques améliorées.
Percée dans le domaine biopharmaceutique
Les macromolécules du domaine biopharmaceutique, telles que les protéines, l’ADN et l’ARN, sont limitées dans leurs applications cliniques en raison de leur faible stabilité et de leur sensibilité à la dégradation enzymatique. Les nanocomposites polymères-biomacromolécules formés par polymérisation in situ fournissent des idées innovantes pour résoudre ces problèmes et peuvent améliorer efficacement leur stabilité, leur activité biologique et leur capacité à pénétrer les barrières biologiques.
Les nanocomposites formés peuvent être divisés en deux types principaux : les hybrides biomacromolécule-polymère linéaire et les nanocapsules biomacromolécule-polymère réticulé.
Développement de nanogels protéiques
Le nanogel, en tant que nouveau type de support de libération de médicament, possède de riches applications biomédicales. La technologie de polymérisation in situ peut être utilisée pour préparer des nanogels de protéines destinés à être administrés de manière ciblée à des cellules spécifiques. Les applications de ces trois types de nanogels sont d’une grande importance dans le traitement du cancer, la vaccination et la médecine régénérative.
RésuméAvec le développement des équipements et de la technologie, les progrès de la recherche sur la polymérisation in situ devraient apporter davantage d’opportunités innovantes dans la préparation de nanocomposites polymères à l’avenir. À l’avenir, cette technologie dominera-t-elle l’avancement de la science des matériaux et deviendra-t-elle le principal moyen de développement de nouveaux matériaux ?
