28.09.2022 - Nagoya Institute of Technology (NITech)

Nouveau système d'upcycling pour les polyesters commerciaux

En utilisant des matériaux couramment disponibles et un simple processus de mélange et de chauffage, les polyesters peuvent être transformés en matériaux hautement recyclables et de grande valeur.

Si les plastiques ou les polymères synthétiques ont de nombreuses propriétés utiles, leur mauvaise gestion a entraîné une pollution généralisée qui étouffe nos écosystèmes. Pour remédier à ce problème, de nombreux polymères synthétiques sont envoyés au retraitement et au recyclage ; le polyéthylène téréphtalate (PET) est l'un des produits les plus courants que l'on voit fréquemment dans le circuit de recyclage dans de nombreux pays. Cependant, le recyclage pose son lot de problèmes. Au cours du recyclage des plastiques, des fractions partielles des chaînes polymères sont décomposées, ce qui donne des polymères de structure faible et déclassés. Ces plastiques recyclés de qualité inférieure ont des propriétés très réduites et ne peuvent être utilisés que comme combustibles solides. Les fabricants n'ont donc guère d'autre choix que de fabriquer de nouveaux produits en plastique à partir de matières premières pétrolières qui s'épuisent rapidement.

C'est pourquoi les chercheurs du monde entier s'emploient à développer des matériaux polymères réticulés durables qui peuvent être recyclés de manière efficace et rentable. Mikihiro Hayashi, professeur adjoint à l'Institut de technologie de Nagoya, au Japon, et son collègue M. Takahiro Kimura ont mis au point une méthode simple pour recycler le polyester, une matière plastique courante, en un polymère réticulé qui conserve sa résistance et ses propriétés lors du recyclage. Leur méthode consiste à transformer les polyesters en vitrimères, une nouvelle classe de polymères possédant des liaisons covalentes dynamiques qui peuvent se rompre et se reformer de manière réversible pour créer de nouvelles réticulations. Les liaisons covalentes dynamiques confèrent au vitrimère des propriétés souhaitables, telles que la recyclabilité, la possibilité de retraitement et les capacités de guérison, qui sont des caractéristiques des matériaux fonctionnels de grande valeur. L'étude a été publiée le 1er août 2022 dans le Journal of Materials Chemistry A.

À propos de leur étude, le Dr Hayashi déclare : "Nos recherches démontrent un processus de recyclage ascendant en une seule fois de polyesters commerciaux en vitrimères réticulés présentant des propriétés thermomécaniques améliorées et des fonctions durables." Lui et son collègue ont créé les vitrimères en mélangeant simplement du polyester avec une molécule de réticulation, le tétra-époxy, et le composé chimique 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ène (DBU) comme catalyseur, en présence de tétrahydrofurane comme solvant. Le solvant a ensuite été évaporé, et le mélange restant a été chauffé à 200°C pendant 24 heures, produisant un film de vitrimère.

Avec cette méthode, la réticulation pour la production de vitrimère se produit en trois étapes séquentielles rapides : hydrolyse (rupture des liaisons polyester), réaction d'ouverture époxy et transestérification intermoléculaire. À propos des propriétés mécano-élastiques supérieures des vitrimères produits, le Dr Hayashi déclare : "Le vitrimère hautement réticulé et recyclable présente un module de traction ou module de Young multiplié par 60 et une contrainte maximale endurable multipliée par 10 par rapport au polyester d'origine. Il présente également une fraction de gel de près de 100 %." En outre, on a observé que le vitrimère conservait ses propriétés même après avoir été broyé en morceaux fracturés et pressé en une feuille plate, ce qui réaffirme sa recyclabilité.

Les plastiques sont des matériaux essentiels présentant de nombreux avantages et propriétés utiles, car ils sont légers, bon marché, non toxiques et faciles à produire. Cependant, il est nécessaire de reconnaître et de limiter les dommages environnementaux qu'ils causent. L'amélioration de la recyclabilité des polymères plastiques encouragera les programmes de recyclage et réduira l'utilisation du pétrole, une ressource non renouvelable. Comme le fait remarquer à juste titre le Dr Hayashi, "le monde a besoin d'options polyvalentes pour le recyclage des polymères synthétiques. La méthode que nous proposons permettra non seulement d'éliminer l'utilisation de produits chimiques dérivés du pétrole, mais elle pourrait également constituer la première étape vers un système d'upcycling pratique et durable pour l'avenir, qui adhère aux principes de l'économie circulaire et contribue à la réalisation des ODD."

Pour aller de l'avant, les chercheurs envisagent maintenant de concevoir une transformation plus directe des polyesters en vitrimère sans utiliser de solvants. Ils envisagent également d'utiliser leur méthode pour transformer le PET commercial en d'autres matériaux hautement recyclables. En cas de succès, la méthode mise au point pourrait permettre de fermer le circuit de production des plastiques et d'éviter toute nouvelle crise environnementale causée par une production excessive de plastique.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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