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Impression 3D à la lumière visible

Réseaux avec des nœuds de réticulation borés (© E. Lacôte)
Publication

Résumé

La photopolymérisation permet la fabrication d'une grande variété d’objets de toutes tailles, de la nanofabrication à la formation de très grandes pièces. Les équipes du laboratoire HCEP (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/CNES/ArianeGroup), de l’IS2M (CNRS/Université Haute Alsace), du laboratoire CP2M (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/CPE Lyon), et du CRMN (CNRS/ENS de Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1) ont récemment mis au point une nouvelle méthode de création de réseaux polymères par photopolymérization grâce à la lumière visible. Ces résultats, très prometteurs pour l’impression 3D, sont publiés dans la revue Angewandte Chemie International Edition.

Communication du CNRS-INC le 7 juillet 2021.

Description

 

Réseaux avec des nœuds de réticulation borés (© E. Lacôte)
Réseaux avec des nœuds de réticulation borés (© E. Lacôte)

La photopolymérisation a acquis une notoriété croissante grâce au développement de l’impression 3D. À partir de monomères multifonctionnels et de petites molécules photosensibles, elle permet en effet la fabrication de polymères réticulés avec un excellent contrôle spatial (seule la zone irradiée réagit) et temporel (la réaction démarre et s'arrête sur demande), et donc de pièces sur une vaste gamme d’échelles. Une approche largement utilisée pour contrôler la formation d’un matériau dense et qui se fige vite est la photopolymérisation de monomères acryliques adjuvée d’une chimie click* à base d’un thiol pour densifier le réseau par formation de liaisons C–S par voie radicalaire. Cette chimie efficace peut cependant être très nauséabonde.

Les équipes du laboratoire Hydrazines et composés énergétiques polyazotés (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/CNES/ArianeGroup), de l’Institut de sciences des matériaux de Mulhouse (CNRS/Université Haute Alsace), du laboratoire Catalyse, polymérisation, procédés et matériaux (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/CPE Lyon), et du Centre de RMN à très hauts champs de Lyon (CNRS/ENS Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1) proposent une variante de chimie click à base de bore de la réaction thiol-(méth)acrylate. Contrairement aux thiols, qui n'ont qu'un seul site de greffage, les complexes carbène N-hétérocycliques-boranes (NHC-boranes) utilisés ici sont inodores et ont jusqu'à trois sites disponibles. Ainsi, de simples NHC-boranes monofonctionnels peuvent devenir des nœuds de réticulation par l'atome de bore lors de la photopolymérisation de résines (méth)acryliques. Ceci permet d'améliorer les propriétés mécaniques et la résistance aux solvants des matériaux obtenus lors de la photopolymérisation des résines par la lumière visible. Qui plus est, la réactivité plus modulable de la liaison C–B rend le nœud réversible, notamment par traitement oxydant, ce qui pourrait être un atout du point de vue du recyclage des matériaux obtenus. Publiés dans la revue Angewandte Chemie International Edition, ces résultats ouvrent la voie vers une photochimie facile et plus verte directement applicable à l’impression 3D de matériaux acryliques.

*Depuis sa description par Sharpless et al. en 2001 [Kolb et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2004-2021], la chimie click est devenue un incontournable de la synthèse chimique. Biocompatible, elle permet le couplage ou le greffage de molécules spécifiques à différents substrats, y compris in vivo, ou même la fabrication de polymères en couplant de petites unités clipsables entre elles.

Source : Development of a borane-(meth)acrylate photo-click reaction. Berengere Aubry, Rémi Canterel, Muriel Lansalot, Elodie Bourgeat-Lami, Aissam Airoudj, Bernadette Graff, Celine Dietlin, Fabrice Morlet-Savary, Jan Blahut, ladislav Benda, Guido Pintacuda, Emmanuel Lacote, Jacques Lalevee, Angewandte Chemie International Edition, 6 mai 2021.

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