Les eutectiques organiques à petites molécules pourraient remplacer les plastiques

Les plastiques sont depuis longtemps un élément incontournable de la fabrication moderne, mais leur impact environnemental a accru la demande d’alternatives écologiques. Des chercheurs de l’Université de Warwick ont ​​réalisé des progrès significatifs dans la recherche d’alternatives durables aux plastiques conventionnels.

En réponse aux préoccupations environnementales croissantes, à l’évolution vers une économie circulaire et à l’évolution des préférences des consommateurs, l’équipe de recherche a identifié que certains mélanges de petites molécules organiques – des matériaux créés en mélangeant des composants cristallins – forment des verres et des liquides visqueux intéressants. Ces eutectiques organiques sont des candidats prometteurs pour remplacer les polymères dans divers produits.

L’équipe a développé avec succès une série de liquides et de verres moléculaires eutectiques hydrophobes, chacun soigneusement élaboré en combinant différents composants cristallins. À l’aide de techniques avancées telles que la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et la spectroscopie UV-vis, les compositions eutectiques ont été déterminées avec précision. L’analyse a été affinée à l’aide d’un modèle de régression des moindres carrés partiels entraîné, garantissant la précision dans l’identification des mélanges de matériaux optimaux.

L’un des principaux défis de la création d’alternatives durables au plastique est de garantir la stabilité à long terme. L’équipe de Warwick a résolu ce problème en testant les matériaux amorphes sur une période prolongée allant jusqu’à 14 mois, en utilisant la diffraction des rayons X sur poudre (PXRD) pour confirmer leur résistance à la cristallisation. Cette durabilité est essentielle pour garantir que les produits conservent leur intégrité tout au long de leur durée de conservation.

Outre la stabilité, les chercheurs ont étudié la transformabilité de ces matériaux en examinant leurs propriétés rhéologiques. Ils ont découvert que tous les liquides présentaient de faibles indices de fragilité, ce qui les rendait adaptés à divers procédés de fabrication, notamment le soufflage du verre, l’étirage des fibres, la formation de films et le moulage.

Il est important de noter que l’équipe a démontré que les propriétés de ces matériaux pouvaient être adaptées à des applications spécifiques en mélangeant différents systèmes eutectiques ou en incorporant des plastifiants.

Prof. Dr. ir. Stefan Bon, chercheur principal de l’étude, maintenant publiée dans Sciences chimiquesdéclare : « Le plan initial était de développer un matériau conceptuel tout sauf plastique pour l’industrie de la formulation.

« Le Dr Joshua Ryan, un ancien chercheur talentueux titulaire d’un doctorat au sein de mon équipe, BonLab, a entrepris une étude systématique sur le mélange de petites molécules organiques hydrophobes qui pourraient subir une variété d’interactions non covalentes entre elles. Le fait que ces systèmes eutectiques hydrophobes aient des propriétés physiques aussi remarquables dépassait nos attentes initiales.

« Nous avons fait appel à notre collègue, le professeur Gabriele Sosso, pour étudier, par simulation informatique, comment ces mélanges eutectiques interagissent au niveau moléculaire. Ces systèmes eutectiques organiques à petites molécules offrent la possibilité de développer davantage de matériaux hautes performances qui peuvent remplacer les polymères conventionnels dans diverses applications.

« D’une certaine manière, ils peuvent être considérés comme un analogue non covalent des matériaux covalents macromoléculaires réversibles dynamiques, connus sous le nom de vitrimères. »

Pour démontrer le potentiel pratique de ces matériaux, les chercheurs ont mené une étude de libération contrôlée en utilisant un système eutectique composé de 4-hydroxychalcone et de bifonazole comme matrice. Cette étude sert de preuve de concept, soulignant la polyvalence des matériaux eutectiques dans des applications telles que l’administration de médicaments et au-delà.