Le recyclage chimique des polymères vinyliques (VP) largement utilisés est l’une des technologies clés nécessaires à la réalisation d’une société durable. À cet égard, une équipe de chercheurs de l'Université de Shinshu a récemment signalé un nouveau processus chimique qui facilite la dépolymérisation des PV à base de styrène cyclique, entraînant la récupération d'un précurseur monomère.

Ce système de recyclage chimique très efficace peut contribuer à une circulation efficace des ressources et au développement de nouvelles technologies de recyclage du plastique.

Les polymères vinyliques (VP) sont l'une des matières plastiques les plus utilisées. On les trouve partout, depuis les tuyaux en poly(chlorure de vinyle) et les gants chirurgicaux jusqu'aux plaques jetables en polystyrène. Compte tenu de l'appel mondial en faveur d'une évolution vers la durabilité, ne serait-il pas formidable de recycler chimiquement ce polymère largement utilisé pour réaliser une société durable ?

Récemment, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur agrégé Yasuhiro Kohsaka de la Faculté des sciences et technologies textiles (FTST) et de l'Initiative de recherche sur les supra-matériaux (RISM), toutes deux à l'Université de Shinshu, a entrepris une étude pour trouver un moyen d'y parvenir. .

Dans leur récente avancée publiée en ligne dans ACS Macro Letters et co-écrit par Yota Chiba du FTST de l'Université de Shinshu, l'équipe a présenté une nouvelle stratégie pour dépolymériser efficacement les VP des dérivés cycliques du styrène afin de récupérer un précurseur monomère.

Traditionnellement, le recyclage chimique des PV a toujours été un défi. L'approche conventionnelle du recyclage de tout polymère consiste à inverser le processus de polymérisation, qui consiste à briser une seule grosse molécule composée d'unités monomères répétitives jusqu'à ses composants monomères parents.

La dépolymérisation des PV est difficile car les liaisons covalentes carbone-carbone qui maintiennent ensemble les unités monomères sont très stables et, par conséquent, difficiles à rompre. Des études ont proposé des moyens de briser le squelette carbone-carbone des PV, mais la plupart d'entre elles ne parviennent pas à assurer une scission quantitative et sélective (rupture des liaisons) de sa chaîne principale, qui est cruciale pour la récupération efficace des monomères.

"Les polymères stables ont une faible recyclabilité, et ceux qui sont facilement recyclables sont de nature instable", explique le Dr Kohsaka. "Nous avons surmonté ce compromis en renonçant aux stratégies conventionnelles qui tentent d'inverser la réaction de polymérisation pour récupérer les monomères et en développant un processus de recyclage en deux étapes. Dans la première étape, la dégradation du polymère en un précurseur monomère a été obtenue, suivie par la récupération du monomère par modification chimique."

L'équipe a choisi des VP constitués de dérivés cycliques du styrène α-substitués, tels que le phtalide de 3-méthylène, comme molécule pour tester la recyclabilité chimique et étudier la réaction d'ouverture du cycle des groupes pendants en présence d'une base comme l'hydroxyde de sodium. Ils ont découvert que l'ouverture des anneaux due à la saponification augmentait l'encombrement stérique autour des groupes pendants, ce qui conduisait à la scission de la chaîne principale et à la dépolymérisation du VP en précurseurs monomères.

Ces précurseurs récupérés ont ensuite été convertis en monomères par chloration en une seule étape et estérification intramoléculaire spontanée. Les chercheurs ont en outre découvert que la même structure de monomère cyclique qui facilitait la dépolymérisation était également responsable de la promotion de la polymérisation en raison d'un encombrement stérique réduit autour du groupe vinylidène. Ces résultats ont conduit les chercheurs à conclure que les dérivés cycliques du styrène α-substitué peuvent potentiellement recycler des produits chimiques.

À un niveau plus large, cette étude a ouvert de nouvelles voies pour la circulation des ressources, l'un des piliers fondamentaux d'une société durable, en fournissant une méthode simple de polymérisation et de dépolymérisation des PV omniprésents. Les chercheurs pensent que leurs résultats peuvent fournir une base utile pour des recherches plus approfondies non seulement sur la dépolymérisation des matières plastiques, mais également sur le développement de nouveaux plastiques recyclables.

"Le but de nos recherches était de contribuer à la mission de développement d'une technologie efficace de recyclage du plastique, un outil dont l'humanité a désespérément besoin dans le contexte de la pollution environnementale causée par les plastiques. Bien que nous ne puissions pas éliminer tout le plastique qui existe déjà sur cette planète, nous pouvons au moins utiliser au mieux les ressources plastiques dont nous disposons grâce à notre nouvelle stratégie de recyclage chimique", conclut le Dr Kohsaka.

Plus d'informations : Yota Chiba et al, Polymères vinyliques chimiquement recyclables par polymérisation radicalaire de dérivés cycliques du styrène, ACS Macro Letters (2023). DOI :10.1021/acsmacrolett.3c00573

Informations sur le journal : Lettres macro ACS

Fourni par l'Université de Shinshu