Biodégradabilité et propriétés énergétiques d'élastomères azoturés

Depuis plusieurs décennies, l'utilisation de matériaux polymères n'a cessé de croître. Ces derniers sont utilisés dans une vaste gamme de domaines tant dans le civil que dans le militaire (Colclough et al., 1994; Nair & Laurencin, 2007; Sansone et al., 2012). Cette demande a entraîné le développement de matériaux polymères aux propriétés variées selon l'application désirée. Dans le domaine des propulsifs, cette demande pour des polymères énergétiques s'est traduite par le développement du polyazoture de glycidyle (PAG), un polymère énergétique générateur de gaz ainsi que d'autres polymères ayant des structures similaires. De plus, en raison des préoccupations environnementales grandissantes, la demande pour des polymères plus « verts » n'a cessé d'augmenter. Cette demande vient entre autre de la problématique de fin de vie des matériaux polymères. En parallèle à cette problématique de fin de vie des polymères, une autre problématique est apparue dans le domaine militaire. Cette problématique se résume à la contamination des sols et conséquemment des cours d'eau avoisinant en raison du ruissellement (Dontsova, Pennington, Hayes, imunek, & Williford, 2009; M. R. Walsh, Thiboutot, Walsh, & Ampleman, 2012). Cette problématique de contamination entraîne des coûts de décontamination élevés ainsi que la nécessité de fermer des champs de tir dans certains cas (Michael R. Walsh, Walsh, & Hewitt, 2010). Les composés responsables de la contamination des sols sont entre autre présents dans des élastomères servant de liants. Ces liants sont non biodégradables. Dans l'optique de minimiser l'impact environnemental des matières propulsives, il est important non seulement de remplacer les contaminants, mais aussi de remplacer les élastomères servant de liants par de nouveaux matériaux biodégradables. Le PAG, couramment employé en tant que liant ou plastifiant, est non biodégradable et les résidus imbrulés s'accumulent dans l'environnement. L'objectif de ce travail est de synthétiser de nouvelles structures de liants énergétiques biodégradables sous forme d'élastomères polyuréthanes pouvant être employés dans la formulation de propulsifs ou en tant que générateurs de gaz. Les élastomères polyuréthanes biodégradables ont déjà recueilli de l'intérêt dans le domaine biomédical (Adhikari et al., 2008; He et al., 2012) et des travaux préliminaires ont été réalisés dans le domaine des matériaux énergétiques (Cossu, 2009). Afin de réaliser l'objectif principal de ce travail, trois pré-polymères, un copoly(éther/ester) et deux polyesters ont été synthétisés à partir de chlorure de sébacoyle, de polyépichlorohydrine, de 3-chloro-1,2-propanediol et de 2-bromo-2-nitro-1,3-propanediol. Ces pré-polymères ont par la suite été azoturés. Afin de confirmer le succès des réactions, des analyses ATR-FTIR, RMN-1H et RMN-13C ont été effectuées. Les analyses ont confirmé le succès des réactions d'azoturation pour le copoly(éther/ester) et le polyester synthétisé à partir de chlorure de sébacoyle et de 3-chloro-1,2-propanediol. La réaction d'azoturation du polyester synthétisé à partir du 2-bromo-2-nitro-1,3-propanediol s'est soldée par un échec. Les analyses ATR-FTIR ont confirmé l'absence de groupements énergétiques et un dégagement de gaz a été observé lors de la réaction d'azoturation. Le contenu des pré-polymères azoturés a été caractérisé par décomposition des azotures en DSC et évalué à 1724 J/g pour le copoly(éther/ester) et 614 J/g pour le polyester. Des élastomères polyuréthanes ont par la suite été synthétisés à partir des pré-polymères azoturés et d'éthyl ester L-lysine triisocyanate puis caractérisés. La Tg et l'énergie de décomposition des azotures ont été évaluées par DSC et s'élèvent à -43oC et 1688 J/g pour le copoly(éther/ester/uréthane) et -50oC et 601 J/g pour le copoly(ester/uréthane). La biodégradabilité des élastomères a été évaluée sur une période allant de 5 à 20 jours. La perte de masse a été évaluée à 5% après 20 jours pour le copoly(éther/ester/uréthane) et à 7% pour le copoly(ester/uréthane) après 15 jours. La fraction soluble des échantillons dégradés a été caractérisée par extraction soxhlet et l'évolution des groupements fonctionnels et liens du polymère ont été évalués par FTIR photoacoustique. Les résultats obtenus quant à la biodégradabilité des élastomères est en accord avec la littérature quant à l'effet des groupements azotures qui ont un effet néfaste sur la biodégradabilité d'élastomères.