Polymères intelligents: de la matière complexe au comportement très simple
Des scientifiques de l'Institut Charles Sadron (CNRS) et de l'Institut Max Planck (Mayence) dévoilent le mécanisme microscopique de l'énigmatique effet de la co-non-solubilité de polymères intelligents: alors que ces polymères sont parfaitement solubles dans l'eau et dans l'alcool, ils ne peuvent pas être dissous dans des mélanges eau-alcool. Leurs travaux viennent d'être publiés dans la revue
Nature Communications.
Illustration: CNRS/© Carlos Marques
Les polymères intelligents sont une classe moderne de polymères qui peuvent, par exemple, se contracter ou se dilater fortement lorsque l'on change de quelques degrés leur température, les rendant ainsi des matériaux de choix pour la fabrication de muscles artificiels ou pour le transport et la libération de médicaments. Ces polymères présentent bien-souvent un comportement fascinant lorsqu'ils sont dissous dans des mélanges de solvants, étant solubles dans chacun des solvants mais insolubles dans le mélange. Ce comportement porte le nom de co-non-solubilité. Jusqu'à présent, la compréhension de cet effet a été l'objet d'intenses débats.
Les chercheurs viennent de proposer un nouveau cadre théorique qui permet d'expliquer la solubilité des polymères intelligents dans des mélanges de solvants. En combinant des simulations moléculaires avec de la théorie analytique, ils résolvent ainsi une question posée de longue date, et expliquent le mécanisme microscopique qui régit l'insolubilité des polymères intelligents dans les mélanges de solvants.
Leurs travaux montrent que la raison d'un tel comportement est d'une très grande simplicité: il suffit qu'un des solvants ait une affinité préférentielle pour les molécules du polymère. Ainsi, lorsqu'ce solvant est rajouté en quantités modérées, il se colle sur la chaîne, faisant des ponts attractifs entre les différents monomères et transformant le polymère bien dissous en globule qui précipite dans le mélange. A plus forte concentration, le solvant préférentiel gaine complètement la chaîne, détruisant les ponts attractifs et permettant ainsi sa dissolution.
Les résultats de ces chercheurs montrent également que ce phénomène présente un caractère générique, très largement indépendant des caractéristiques chimiques des polymères. On s'attend donc à ce qu'ils s'appliquent à une grande gamme de polymères présentant des comportements similaires.
Référence:
Debashish Mukherji, Carlos M. Marques and Kurt Kremer
Polymer collapse in miscible good solvents is a generic phenomenon driven bypreferential adsorption
Nature Communications 12 septembre 2014