Une équipe dirigée par des chimistes de l'Université de Liège a développé une nouvelle technique de production de polyuréthane utilisant le CO2 pour créer de nouveaux types de plastiques facilement recyclables. L'étude, publiée dans le Journal of the American Chemistry Society , pourrait apporter une solution pour le développement de plastiques véritablement durables.
Les matières plastiques ont transformé l’industrie mondiale. Que ce soit dans la construction, l'habillement, les véhicules ou les emballages alimentaires, ces plastiques sont partout dans notre quotidien, à tel point que leur utilisation mondiale a été estimée à environ 460 millions de tonnes en 2019.
"Ce chiffre est stupéfiant, mais pas surprenant, car les plastiques, également appelés polymères synthétiques, connaissent un grand succès grâce à leurs caractéristiques irremplaçables :ils sont légers, bon marché et incroyablement polyvalents", explique Christophe Detrembleur, chimiste au Centre d'éducation. et Recherche sur les Macromolécules (CERM) de l'Université de Liège. "Cependant, le fait qu'ils soient difficilement recyclables, voire impossibles à recycler dans le cas des thermodurcissables, a de graves conséquences."
Cette impossibilité de recyclage conduit non seulement à l’épuisement des ressources fossiles utilisées pour leur fabrication, mais aussi à leur accumulation à très long terme dans la nature et les océans. Il est donc impératif pour notre société de concevoir et fabriquer rapidement des plastiques facilement recyclables en fin de vie.
Dans ce contexte, une étude menée par des chercheurs de l'Université de Liège et réalisée en collaboration avec l'Université de Mons et l'Université du Pays Basque, fait état d'une nouvelle technique de production de plastiques polyuréthanes facilement recyclables.
"La particularité de cette approche est l'utilisation du dioxyde de carbone (CO2 ) - un déchet emblématique majeur de notre société - comme matière première pour la production des éléments de base, ou monomères, nécessaires à la fabrication de ces nouveaux produits", explique Thomas Habets, doctorant au CERM et premier auteur de l'article. " La structure des monomères peut être facilement modifiée, permettant de produire des plastiques avec une large gamme de propriétés, depuis des élastomères hautement malléables comme les silicones jusqu'à des matériaux plus rigides comme le polystyrène."
Ces plastiques ont une structure chimique qui ressemble à un réseau tridimensionnel plutôt qu’à de longues chaînes linéaires. Cette structure, généralement associée aux thermodurcissables très difficiles à recycler, les rend plus résistants que les plastiques issus de longues chaînes moléculaires. Les polyuréthanes créés ici possèdent de nouvelles liaisons chimiques « dynamiques », ce qui signifie que malgré leur structure thermodurcie, ils peuvent être remodelés par échanges de liaisons chimiques dans des conditions de réaction relativement douces.
Le plus grand avantage de cette nouvelle technologie réside dans sa capacité à varier l’éventail des propriétés accessibles tout en offrant de multiples façons de recycler les matériaux en fin de vie. "Ces nouveaux plastiques peuvent être recyclés de multiples manières, soit en les remodelant simplement en les chauffant, soit en mélangeant différents types de plastiques pour créer des matériaux hybrides aux propriétés nouvelles, soit en les décomposant en leurs monomères constitutifs, ce qui est idéal pour éliminer des additifs tels que des colorants ou des composites de recyclage", poursuit Habets.
Dans la perspective de la future industrialisation du CO2 valorisation, cette étude démontre que les déchets CO2 peut être directement utilisé comme ressource chimique. "Il s'agit de la première première étude utilisant nos nouveaux éléments de construction et nos nouveaux plastiques", déclare Christophe Detrembleur, "mais il est tout à fait remarquable de voir que nos matériaux peuvent déjà atteindre des propriétés similaires à celles de certains plastiques classiques d'origine pétro-sourcée."
Cette nouvelle technologie apparaît comme une solution potentielle pour le développement de plastiques durables dotés d'un large éventail de propriétés pouvant facilement répondre aux besoins de la plupart de nos applications quotidiennes.
Plus d'informations : Thomas Habets et al, Réseaux adaptables covalents grâce à la chimie dynamique du N,S-acétal :vers des thermodurcissables à base de CO2 recyclables, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI : 10.1021/jacs.3c10080
Informations sur le journal : Journal de l'American Chemical Society
Fourni par l'Université de Liège
