Une étape importante vers des bioplastiques solides et durables


Dans un récent article de Communication Nature, les chercheurs du groupe Industrial Sustainable Chemistry dirigé par le professeur Gert-Jan Gruter franchissent une étape importante vers la production de polyesters rigides entièrement biosourcés. Ils présentent une stratégie de synthèse simple, mais innovante, pour surmonter la faible réactivité inhérente des diols secondaires biosourcés et arriver à des polyesters qui ont de très bonnes propriétés mécaniques et thermiques, et en même temps des poids moléculaires élevés. Il permet la production de plastiques biosourcés très solides et durables à partir de blocs de construction déjà disponibles dans le commerce.

La recherche décrite dans le Communication Nature Le document a été réalisé dans le cadre du projet RIBIPOL financé par le Conseil néerlandais de la recherche NWO avec des contributions de l’industrie, notamment LEGO et Avantium. L’entreprise de jouets a soutenu le projet dans le cadre de la recherche d’alternatives non fossiles pour ses briques en plastique. Avantium s’intéresse aux applications de bouteilles et de films. Le premier auteur de l’article est le doctorant Daniel Weinland, qui a obtenu son diplôme le 27 octobre. Au total, 5 doctorants sont impliqués dans le projet RIBIPOL, dont 2 ont soutenu leur thèse récemment.

En général, les plastiques polyesters sont synthétisés à partir de petites molécules de dialcool et de diacide. Ces monomères sont couplés dans une réaction de condensation, résultant en une longue chaîne polymère de blocs de construction moléculaires de manière alternée. Les propriétés macroscopiques des matériaux résultent à la fois du nombre de blocs de construction qui composent la chaîne polymère et des propriétés inhérentes des monomères. En particulier, leur rigidité est la clé d’un plastique ferme, solide et durable. À cet égard, le dialcool isosorbide dérivé du glucose est unique parmi les monomères biosourcés potentiels. Il a une structure moléculaire très rigide et est déjà disponible industriellement.

Cependant, l’isosorbide est plutôt non réactif et, au cours des deux dernières décennies, il s’est avéré assez difficile d’obtenir des polyesters à base d’isosorbide utiles. Il était presque impossible d’arriver à des chaînes polymères suffisamment longues (pour atteindre une certaine ductilité) tout en incorporant des quantités suffisamment élevées d’isosorbide (pour arriver à un matériau solide et durable).

Incorporer un alcool arylique

Weinland et ses collègues de RIBIPOL ont surmonté cette impasse en incorporant un alcool arylique dans le processus de polymérisation. Cela mène à sur site formation d’esters d’aryle réactifs et une amélioration significative de la réactivité des groupes terminaux lors de la polycondensation, la dernière étape de la synthèse du polyester lorsque la faible réactivité des isosorbides inhibe la croissance de la chaîne dans la polyesterification à l’état fondu traditionnelle. En conséquence, des matériaux de poids moléculaire élevé pourraient être produits avec l’incorporation de fractions élevées du diol secondaire rigide biosourcé, même jusqu’à 100 % en moles. Pour la première fois, un poly(succinate d’isosorbide) de haut poids moléculaire a pu être produit, le polyester obtenu à partir d’isosorbide et d’acide succinique. Les plastiques solides qui en résultent surpassent les plastiques existants comme le PET en termes de résistance à la chaleur, ce qui est par exemple pertinent pour la réutilisation – pensez au lavage des bouteilles qui a lieu à 85 °C. Les polymères à base d’isosorbide présentent également des propriétés barrières et mécaniques prometteuses qui peuvent surpasser les matériaux fossiles courants.

La nouvelle approche de polymérisation décrite dans l’article se caractérise par sa simplicité opérationnelle et l’utilisation d’un équipement de synthèse de polyester standard. Il convient aux compositions de polyester existantes et nouvelles ; les chercheurs prévoient l’exploration de compositions polyester jusqu’alors inaccessibles à base de monomères à faible réactivité mais aussi l’application de méthodes similaires dans d’autres classes de polymères comme les polyamides et les polycarbonates.

Source de l’histoire :

Matériel fourni par Université d’Amsterdam. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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