Des scientifiques du laboratoire Ames du département de l'Énergie des États-Unis et leurs partenaires de l'Université de Clemson ont découvert une plante verte, procédé à basse énergie pour décomposer le polystyrène, un type de plastique largement utilisé dans les matériaux d'emballage en mousse, récipients jetables de nourriture, coutellerie, et bien d'autres applications.

Le polystyrène fait partie d'un problème mondial beaucoup plus vaste de déchets plastiques. Des centaines de millions de tonnes de polymères sont produites chaque année, dont une grande majorité est jetée après utilisation. En raison de la stabilité chimique et de la durabilité des polymères industriels, les déchets plastiques ne se dégradent pas facilement dans les décharges et sont souvent brûlés, qui produit du dioxyde de carbone et d'autres gaz dangereux. Afin d'arrêter le flot croissant de déchets de polymères et de réduire les émissions de dioxyde de carbone, les plastiques doivent être recyclés ou convertis en de nouveaux produits à valeur ajoutée.

Actuellement, le recyclage de la grande majorité des plastiques n'est pas économiquement faisable; leur tri et leur séparation demandent du temps et du travail, tandis que le traitement chimique et la remise à neuf nécessitent un apport énergétique important et des solvants toxiques. Les polymères retraités présentent souvent des performances inférieures à celles des matériaux « fabriqués à partir de zéro » fraîchement fabriqués.

Une équipe de scientifiques du laboratoire Ames a utilisé le traitement par broyage à billes pour déconstruire le polystyrène commercial en une seule étape, à température ambiante, en atmosphère ambiante en l'absence de solvants nocifs. Le broyage à billes est une technique qui place les matériaux dans un flacon de broyage avec des roulements à billes métalliques qui est ensuite agité jusqu'à ce qu'une réaction chimique souhaitée se produise. Appelé mécanochimie, cette approche expérimentale a de nombreuses applications dans la synthèse de nouveaux matériaux, et des caractéristiques attrayantes en ce qui concerne le recyclage des plastiques.

La déconstruction du polystyrène se déroule par une série d'événements chimiques impliquant un découpage mécanique des macromolécules, qui génère des radicaux libres détectables dans le matériau broyé même après son exposition prolongée à l'air. Les paliers métalliques utilisés pour le broyage et l'oxygène ambiant agissent comme des co-catalyseurs qui permettent l'extraction du styrène monomère des espèces oligomères porteuses de radicaux formées. Les expériences ont montré que l'élévation de température dans le matériau lors du broyage n'est pas responsable du phénomène observé puisque la température à l'intérieur de la poudre broyée ne dépasse pas 50oC alors que la décomposition thermique du polystyrène dans l'air commence à environ 325oC. Le groupe de Clemson a confirmé la déconstruction complète du polymère d'origine en fragments plus petits, matériaux oligomères, adapté à une transformation ultérieure en de nouveaux produits à valeur ajoutée.

« Cette méthode représente une avancée importante qui permet le démantèlement d'un polymère en même temps que sa décomposition en conditions ambiantes, C'est, ~ 300 C en dessous de la température de décomposition thermique du matériau vierge ", a déclaré Viktor Balema, scientifique principal du laboratoire Ames. " Nous pensons que cette preuve de concept est une possibilité passionnante pour développer de nouvelles technologies de recyclage pour toutes sortes de plastiques, et cela contribuera à la mise en place de l'économie circulaire."

Son partenaire de l'Université de Clemson, Kentwool, professeur distingué Igor Luzinov, a ajouté que « cette découverte ouvre de nouvelles voies pour la récupération à basse température des monomères à partir de systèmes à base de polymères à plusieurs composants tels que les composites et les stratifiés. notre technologie permettra d'extraire le monomère de matériaux réticulés contenant des unités de styrène dans leurs structures."

Chercheur de la Fondation Alfred P. Sloan, Professeur Aaron Rossini de l'Iowa State University, a en outre noté que "la spectroscopie de résonance paramagnétique électronique montre de grandes concentrations d'espèces centrée sur le carbone de radicaux libres dans le polystyrène qui a été broyé dans l'air. C'est un résultat surprenant car les radicaux libres sont normalement très réactifs. En outre, la présence des radicaux prouve directement que le broyage provoque directement la scission des chaînes polymères. Nous nous attendons à ce que les sites réactifs associés aux radicaux libres puissent être utilisés pour fonctionnaliser les polymères transformés afin d'obtenir de nouveaux produits à valeur ajoutée."

La recherche est discutée plus en détail dans l'article "Dépolymérisation du polystyrène dans des conditions ambiantes, " rédigé par Viktor P. Balema, Ihor Z. Hlova, Scott L. Carnahan, Mastooreh Seyedi, Oleksandr Dolotko, Aaron J. Rossini, et Igor Luzinov; figurant sur la couverture du Nouveau Journal de Chimie .