Il n’est pas nécessaire de rappeler que la production et la pollution plastique n’ont cessé d’augmenter au fil des années :les preuves sont partout autour de nous. Et si nous pouvions recycler le plastique de manière véritablement durable ?
C’est précisément cette question qui est soulevée par Reika Katsumata, professeure adjointe et doctorante. Autumn Mineo, étudiante du Département de science et d'ingénierie des polymères (PSE) du Collège des sciences naturelles, qui expérimente le recyclage des polymères pour identifier de nouvelles produits chimiques et technologies respectueux de l'environnement pour le retraitement des polymères.
Leurs recherches sont publiées dans la revue Angewandte Chemie International Edition .
Nous aimerions tous penser que, malgré tous nos efforts pour éviter les articles non recyclables, les gobelets en polystyrène que nous jetons occasionnellement à la poubelle pourraient éventuellement être reconstitués en un gobelet flambant neuf avec peu ou pas d'impact environnemental, mais le processus de recyclage est plus compliqué que ça.
Le recyclage mécanique s'appuie sur des températures et des conditions de traitement difficiles pour réinventer certains flux de déchets post-consommation en nouveaux produits. Une exposition répétée à ces conditions entraîne une dégradation du matériau au fil du temps et une détérioration correspondante de ses propriétés, un résultat souvent appelé « downcycling ».
Alternativement, certains polymères peuvent être décomposés chimiquement et reformés, ce qui améliore la longévité des cycles et la robustesse des matériaux. Cependant, le recyclage chimique n'est pas possible pour la plupart des polymères de base utilisés aujourd'hui.
Katsumata et son équipe ont cherché à créer un processus plus durable pour recycler et retraiter les polymères grâce à ce que l'on appelle la chimie d'addition-fragmentation-transfert (AFT), un domaine axé sur les réactions d'échange de liaisons basées sur les radicaux. "Les plastiques courants sont de grosses molécules appelées polymères, constituées d'unités répétitives, ou 'monomères'", a expliqué Katsumata. "De nombreux polymères ne peuvent pas être décomposés chimiquement ni reformés, car les liaisons simples carbone-carbone qui maintiennent les monomères ensemble sont relativement stables."
Pour résoudre ce problème de stabilité, les chercheurs de PSE ont développé un additif qui copolymérise avec des monomères conventionnels et génère des unités de chaîne principale possédant la capacité d'échange via la chimie AFT.
"Cette liaison dynamique peut favoriser à la fois la scission (ou la coupure) et l'extension du polymère pour compléter le recyclage en boucle fermée", a déclaré Katsumata. "De plus, la nature dynamique de notre additif facilite d'autres modifications chimiques avec le potentiel de " surcycler " ou d'augmenter la valeur du produit, en prenant des déchets plastiques de base et en formant de nouveaux types de polymères spécialisés, tels que des adhésifs à base de copolymères blocs. "
Ces travaux ont identifié un nouveau monomère compatible avec les méthodes existantes de synthèse de polymères, qui crée une liaison dynamique entre les unités monomères qui peut être exploitée pour décomposer le plastique après utilisation. Ces fragments plus petits de polymères, appelés oligomères, restent réactifs et peuvent servir de points de départ à partir desquels de nouveaux polymères peuvent se développer.
L'équipe a découvert que le cycle de dégradation des polymères (scission de chaîne) et de leur régénération (extension de chaîne) peut être répété et modifié pour modifier l'étendue de la scission et de l'extension.
L’un des principaux moteurs de cette recherche était la volonté de stimuler l’innovation. "Notre recherche a fait progresser les connaissances fondamentales de la chimie AFT en révélant une réactivité latente après polymérisation", a déclaré Katsumata. "De plus, nous espérons que nos travaux auront inspiré les industries des polymères à investir dans des stratégies de copolymérisation et d'autres technologies de recyclage, en particulier en ce qui concerne les produits en polyoléfine."
Katsumata et l'équipe PSE estiment que cette recherche peut servir de base à de nouvelles méthodes de recyclage et à l'identification de produits chimiques et de techniques respectueux de l'environnement, offrant ainsi un aperçu d'un avenir dans lequel le plastique et d'autres matériaux difficiles seront gérés de manière plus durable.
Plus d'informations : Autumn M. Mineo et al, Un additif comonomère polyvalent pour les polymères dérivés du vinyle radicalement recyclables, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202316248
Informations sur le journal : Angewandte Chemie International Edition
Fourni par l'Université du Massachusetts Amherst
