Membranes d'hydrogel pour une filtration sélective

Les hydrogels sont des matériaux polymères hydrophiles qui retiennent de grandes quantités d’eau tout en conservant une structure tridimensionnelle, ce qui les rend adaptés à des applications biomédicales et de filtration. Ce manuscrit se concentre sur les membranes d’hydrogels fabriquées à partir de polyéthylène glycol diacrylate (PEGDA) réticulé par UV en présence de chaînes de polyéthylène glycol (PEG) et d’un photoamorceur. Les membranes PEGDA/PEG sont sélectionnées pour leur robustesse mécanique et leur perméabilité élevée qui peut être ajustée en fonction de la concentration et de la masse molaire du PEG. Une caractéristique importante de ces membranes est que les chaînes de PEG restent piégées dans la matrice, permettant ainsi de les fonctionnaliser pour une filtration sélective. Notre étude montre que les membranes PEGDA/PEG peuvent retenir sélectivement de petites molécules formant des liaisons hydrogène. Nous fonctionnalisons également les membranes avec de l’acide polyacrylique (PAA) pour les rendre sélectives aux colorants chargés positivement. Les membranes PEGDA/PEG/PAA s’avèrent efficaces pour la rétention du bleu de méthylène et de la rhoda- mine B. La sélectivité de ces membranes est réversible par ajustement du pH, permettant ainsi de les rincer et de les réutiliser. L’analyse structurelle des membranes par diffusion de neutrons aux petits angles (SANS) révèle que les chaînes de PEG conservent une structure gaussienne dans la matrice de PEGDA, mais avec des rayons de giration et des longueurs de corrélation plus élevés qu’en solution, suggérant des contraintes topologiques comme des greffages chimiques ou des enchevêtrements. Une observation clé est que le rapport surface/volume de la matrice de PEGDA diminue avec l’ajout de PEG, indiquant la formation de cavités plus grandes, ce qui explique l’augmentation de la perméabilité observée. Lorsque la concentration en PEG dépasse une certaine valeur critique (C∗), le rapport surface/volume augmente, suggérant une diminution de la taille des cavités d’eau et, par conséquent, de la perméabilité. Nous développons également un modèle théorique pour prédire la perméabilité des hydrogels PEGDA/PEG en fonction de la masse molaire et de la concentration en PEG pour C < C∗, qui correspond bien aux mesures expérimentales.