Le département de chimie de l'Université de Liverpool a mis au point une méthode permettant de mieux comprendre comment les chaînes de polymères réagissent aux changements de flux de solvants, fournissant ainsi des informations précieuses à la science et aux industries telles que la récupération du pétrole et le photovoltaïque. Les nouvelles recherches constituent une avancée importante dans la science des polymères.
Dans un article récemment publié en couverture de la revue Nature Chemistry, des chercheurs de Liverpool ont utilisé la mécanochimie pour décrire comment les chaînes de polymères en solution réagissent aux accélérations soudaines du flux de solvant environnant. La nouvelle méthode apporte enfin une réponse à une question technique fondamentale qui intrigue les scientifiques spécialisés dans les polymères depuis 50 ans.
La fragmentation des solutés macromoléculaires en écoulements rapides revêt une importance fondamentale et pratique très importante. La séquence d'événements moléculaires précédant la rupture de chaîne est mal comprise car de tels événements ne peuvent pas être observés directement mais doivent être déduits des changements dans la composition globale de la solution en écoulement. Nous décrivons ici comment la géométrie moléculaire des chaînes subissant des réactions mécanochimiques dans des solutions soniquées peut être décrite en détail en analysant la compétition des co-chaînes entre la scission des chaînes de polystyrène et l'isomérisation des chromophores intégrés dans leur squelette. Dans les dernières expériences, des segments trop étirés (chargés mécaniquement) se développent et dérivent le long du squelette à la même échelle de temps et en compétition avec les réactions mécanochimiques. Par conséquent, moins de 30 % du squelette de la chaîne fragmentée est trop étiré, et la force maximale et la probabilité de réaction maximale sont situées loin du centre de la chaîne. Par conséquent, la quantification de la compétition intra-chaîne peut revêtir une importance mécaniste pour tout flux suffisamment rapide pour provoquer une scission de la chaîne polymère.
Défis et impacts historiques
Depuis les années 1980, les chercheurs tentent de comprendre la réponse unique des chaînes de polymères dissoutes à des flux de solvants soudainement accélérés. Cependant, ils se limitent à des flux de solvants très simplifiés et offrent une compréhension limitée du comportement réel du système.
La nouvelle découverte des chimistes de Liverpool, le professeur Roman Boulatov et le Dr Robert O'Neill, a des implications scientifiques importantes pour de multiples domaines des sciences physiques, ainsi que des implications pratiques pour le contrôle de la rhéologie à base de polymères utilisé dans de nombreux processus industriels valant plusieurs millions de dollars, tels que la récupération assistée du pétrole et du gaz, les pipelines longue distance et la fabrication photovoltaïque.
Le professeur Roman Boulatov a déclaré : « Notre découverte résout un problème technique fondamental dans la science des polymères et a le potentiel de bouleverser notre compréhension actuelle du comportement des chaînes dans les flux de solvants cavitaires. »
Le Dr Robert O'Neill, co-auteur de l'article, a ajouté : « Notre démonstration méthodologique révèle que notre compréhension de la façon dont les chaînes polymères réagissent aux accélérations soudaines du flux de solvant dans les solutions cavitées est trop simpliste pour soutenir la conception systématique de nouvelles structures et compositions polymères afin d'obtenir un contrôle rhéologique efficace et rentable dans ce contexte, ni pour obtenir des informations moléculaires fondamentales sur la mécanochimie induite par le flux. échelle, nous permettant de répondre à des questions fondamentales sur la manière dont l'énergie circule entre et au sein des molécules, et sur la manière dont l'énergie est convertie de l'énergie cinétique en énergie potentielle et de nouveau en énergie libre.
L'équipe prévoit de se concentrer sur l'élargissement de la portée et des capacités de sa nouvelle méthode et de son utilisation pour cartographier la physique à l'échelle moléculaire afin de prédire avec précision le comportement de l'écoulement pour toute combinaison de polymères, de solvants et de conditions d'écoulement.