Polymères bio-sourcés à partir d'oligomères de lignine – BIOPOLIOL

Le projet BIOPOLIOL propose une nouvelle voie de fabrication de mousses polyhydroxyuréthanes (PHU) bio-sourcées, issues de lignines techniques pour l’industrie de l’isolation. La lignine est une ressource naturelle de structure aromatique renouvelable qui est co-produite dans l’industrie de la pulpe en grande quantité (jusqu’à 100 M ton/an) et qui reste jusque-là peu valorisée. Une valorisation innovante de la lignine consiste à l'utiliser comme macromonomère pour la préparation de nouveaux polymères biosourcés. En croissance continue, en raison de la forte demande dans de nombreuses applications de la vie courante, l'industrie des polymères fait aujourd’hui face au réchauffement climatique et à l'épuisement des combustibles fossiles en utilisant des ressources durables. Selon des rapports récents, sur les 360 Mt de polymères produits dans le monde, la part des polymères bio-sourcés ne serait que de 1%. L'incorporation de lignine ou de lignine modifiée dans les polymères industriels peut conduire à des mousses dotées de nouvelles propriétés telles que la robustesse mécanique et la résistance au feu. Les mousses de polyuréthane (PUR) sont largement utilisées dans l'industrie du bâtiment comme matériaux isolants. Cependant, la synthèse du PUR repose sur l'utilisation d'isocyanates toxiques. L'alternative la plus prometteuse vers les polyuréthanes sans isocyanate consiste en la polyaddition de groupes carbonate et amine cycliques pour produire des PHU, qui sont de bons candidats pour remplacer les PUR conventionnels.
L'objectif principal du projet BIOPOLIOL est de permettre l'accès à de nouveaux polymères polyhydroxyuréthanes (PHU) biosourcés pour l'industrie grâce à l'incorporation de dérivés de lignine fonctionnalisés.
Des oligomères enrichis en fonctions OH seront ciblés par une dépolymérisation contrôlée de lignine en présence de catalyseurs favorisant la rupture des liaisons éthers et la déméthylation des fonctions méthoxy aromatiques (P1, IRCELYON). La caractérisation des lignines et des fractions converties sera réalisée par les méthodes classiques et bien connues des partenaires telles que la GPC, RMN et GCXGC. Toutefois ces méthodes ne permettent pas de caractériser précisément les oligomères produits et des méthodes analytiques dédiées doivent être mises en œuvre. Notamment nous proposons le développement d'une méthode complète LC x SFC-QToF pour réaliser la caractérisation des oligomères OH et son utilisation ultérieure pour surveiller la dépolymérisation de la lignine (P3, ISA). La séparation des oligomères enrichis en OH représente également un challenge. La purification sera mise en œuvre à l'aide de membranes soit sous la forme d'une approche innovante en combinaison avec une extraction liquide/liquide, avec un contacteur à membrane à fibres creuses, soit sous une approche plus conventionnelle sous la forme d'une cascade de membranes par le P2 (ABI). Ensuite, la fonctionnalisation des fragments oligomériques sera réalisée notamment en utilisant les groupes OH. Deux types de modifications seront développés, pour obtenir des lignines ou des oligomères présentant des groupes carbonates cycliques ou amines primaires par le P4 (ICPEES). Les lignines ou oligomères modifiés seront ensuite mis en réaction avec des molécules bifonctionnelles présentant les fonctions chimiques complémentaires (amines ou carbonates cycliques). Leur incorporation dans des formulations contenant des tensioactifs et des agents gonflants permettra enfin de produire des mousses NIPU (Soprema, P5). La comparaison entre la réactivité et les propriétés finales du matériau obtenues avec les différents oligomères de lignine permettra d'identifier les relations structure-propriétés en fonction des principales caractéristiques des oligomères. Enfin, Soprema réalisera une étude technico-économique pour évaluer l’intérêt de cette approche pour une valorisation industrielle sur la base des données des partenaires.