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De la lumière pour des latex : une polymérisation en émulsion amorcée par voie photochimique

Adhésifs, revêtements, peintures : des polymères peuvent être produits en émulsion grâce à une réaction activée par la lumière visible. Des chercheurs des laboratoires C2P2 (Chimie, Catalyse, Polymères et Procédés, Villeurbanne), LHCEP (Hydrazines et Composés Énergétiques Polyazotés, Villeurbanne), et IS2M (Institut des Matériaux de Mulhouse) viennent de le démontrer dans la revue Angewandte Chemie.

La polymérisation en émulsion est une méthode très employée dans le monde académique comme dans l'industrie : peu coûteuse et verte, elle permet d'obtenir de manière efficace des latex, c’est-à-dire des polymères de haute masse molaire en suspension dans l'eau. Jusqu'à présent ces polymérisations étaient amorcées soit par voie thermique, soit par voie d’oxydoréduction. Les équipes du laboratoire C2P2 (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/CPE Lyon), du laboratoire LHCEP (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/CNES/ArianeGroup), et de IS2M (CNRS/Université Haute Alsace), avec le soutien de l'ANR et de la société PnP (Photons & Polymers, Lutterbach), ont désormais mis au point un amorçage par voie photochimique. Cet amorçage permet un meilleur contrôle externe de la polymérisation : un contrôle autant spatial, puisque seule la zone irradiée réagit, que temporel, l'avancement ne procédant que lorsque le milieu est éclairé.

 

Surmonter les obstacles liés à la photopolymérisation

Pour mettre au point un système amorceur efficace en émulsion il a fallu franchir deux obstacles. En effet, la plupart des systèmes d'amorçage de photopolymérisations sont lipophiles et ne sont donc pas adaptés à la polymérisation en émulsion qui requiert un amorçage dans la phase aqueuse. De plus, les gouttelettes initiales de monomère puis les nanoparticules de polymères formées ont une taille qui leur fait diffuser la lumière ultra-violette, qui ne peut donc être utilisée efficacement. Ainsi, les partenaires ont élaboré un système amorceur hydrophile à base de bore fonctionnant dans le visible, ce qui permet une pénétration contrôlée de la lumière dans le milieu.

Le système a été testé sur le styrène, conduisant à la production de latex de polystyrène dont on peut trouver plusieurs applications notamment en diagnostic biomédical. Ce styrène a pu être photopolymérisé en émulsion avec des conversions totales et sans déstabilisation : les particules de polymères en suspension dans l’eau ne s’agrègent pas. La méthode permet ainsi d'accéder à des latex stables, avec des tailles de nanoparticules allant de 50 à 300 nm de diamètre (selon la quantité de tensioactif employée), et des taux de solides pouvant atteindre 30%.

 

Une méthode peu onéreuse et sûre

Le dispositif fonctionne à plus basse température que la voix thermique, et repose sur des LED disponibles en grandes surfaces, soit un équipement très simple, peu onéreux et bien plus sûr pour les opérateur et opératrices. Le contrôle spatial de type on/off qu'offre la méthode permet d'envisager son transfert dans des dispositifs en flux continu. L'utilisation de lumière visible permet quant à elle d'envisager d'effectuer la polymérisation en présence de pigments ou de matériaux sensibles à la lumière ultra-violette ou dégradés par la chaleur. Les avantages présentés par ce nouveau procédé sont donc nombreux.

 

 

Photopolymérisation en émulsion : production de particules de polymères grâce à la lumière visible

©Muriel Lansalot, Emmanuel Lacôte, Elodie Bourgeat-Lami

 

 

Référence :

"Visible-light Emulsion Photopolymerization of Styrene" F. Le Quéméner, D. Subervie, F. Morlet-Savary, J. Lalevée, M. Lansalot, E. Bourgeat-Lami, E. Lacôte, Angewandte Chemie International Edition 2018, 57, 957–961 DOI: 10.1002/anie.201710488

 

Publication du CNRS : http://www.cnrs.fr/inc/communication/direct_labos/lansalot.htm

Publié le 5 mars 2018 Mis à jour le 8 mars 2018