Des chimistes de Constance ont développé une nouvelle classe de catalyseurs permettant de fabriquer des dispersions de polyéthylène directement dans l'eau. Cela ouvre des perspectives pour la production écologique et sans solvant de revêtements plastiques.

Le polyéthylène (PE) est l'un des types de plastique les plus importants d'aujourd'hui. Il est utilisé dans une large gamme d'objets du quotidien, des bouteilles en plastique aux tuyaux, en passant par les revêtements de ski et les jouets. Sous forme de dispersions de PE, il constitue également la base de différents revêtements et adhésifs.

Le professeur Stefan Mecking et le Dr Fei Lin du département de chimie de l'université de Constance ont maintenant fait un grand pas en avant vers la production de revêtements PE respectueux de l'environnement et sans solvant. Dans leur récent article dans l'édition internationale de la revue Angewandte Chemie International Edition , les chimistes décrivent une nouvelle classe de catalyseurs hydrosolubles permettant de fabriquer des dispersions de PE directement dans l'eau. Cela élimine les étapes intermédiaires énergivores dans la production de revêtements sans solvant et sans émission.

Les solvants organiques comme norme existante de l'industrie

En raison de leurs caractéristiques techniques et de leurs coûts de production relativement faibles, les plastiques sont devenus un matériau industriel incontournable. Ils sont composés de grosses molécules à longue chaîne qui, selon le type, peuvent également être des polymères ramifiés et sont composés de nombreuses unités répétées formées à partir de blocs de construction de base. Dans le cas du polyéthylène, le bloc de construction de base est l'éthylène, un composé d'hydrocarbure gazeux.

Des catalyseurs chimiques appropriés sont utilisés pour favoriser et accélérer le processus de polymérisation, dans lequel les blocs de construction individuels se connectent pour former de grosses molécules de polymère. Dans la production de dispersions de PE pour revêtements, la polymérisation est généralement effectuée dans des solvants organiques qui sont progressivement remplacés par de l'eau, nécessitant des étapes supplémentaires à la fois techniquement complexes et énergivores.

Une nouvelle classe de catalyseurs

La recherche et le développement recherchent donc des options pour produire du PE directement lors de la polymérisation sous forme de dispersion aqueuse. Cela pourrait alors servir de base pour des revêtements sans solvant et sans émission dans lesquels seule l'eau s'évapore lors de la formation du film. Cependant, il est difficile de polymériser le PE directement dans l'eau. "Cela nécessite des catalyseurs qui sont actifs dans l'eau mais, en même temps, ne sont pas détruits par l'eau. La plupart des catalyseurs traditionnels se décomposent une fois qu'ils entrent en contact avec l'eau", explique Stefan Mecking, professeur de science des matériaux chimiques à l'Université de Constance.

Le Dr Fei Lin, chercheur postdoctoral dans l'équipe de recherche de Mecking et boursier Humboldt, a découvert un nouveau type d'un tel catalyseur. Les études ont été réalisées dans le cadre du projet DEEPCAT de Stefan Mecking soutenu par une Advanced Grant du Conseil européen de la recherche (ERC) depuis 2019 pour le développement de plastiques pouvant être dégradés de manière respectueuse de l'environnement. "Nous avons développé des catalyseurs solubles dans l'eau pour la polymérisation de l'éthylène qui non seulement sont restés stables mais également très actifs, bien qu'ils aient été en contact direct avec l'eau pendant toute la réaction chimique", déclare Fei Lin.

Éléments de base pour un processus de polymérisation plus respectueux de l'environnement

Dans des études à l'échelle du laboratoire, les chimistes ont pu démontrer que, dans l'eau, leurs nouveaux catalyseurs polymérisent l'éthylène pour former un grand nombre de petites particules de PE avec un poids moléculaire et une linéarité élevés, appelés polyéthylène haute densité (HDPE). "Ceci est décisif pour les caractéristiques finales des revêtements produits à base de dispersions de PE, et donc pour l'applicabilité de notre méthode", explique Stefan Mecking. Les découvertes liées aux nouveaux catalyseurs ouvrent ainsi des perspectives intéressantes pour des procédés de polymérisation respectueux de l'environnement en général et pour la production efficace de revêtements PE sans solvant et sans émission en particulier. + Explorer plus loin

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