Une plateforme pour réguler les voies de recyclage et de dégradation du polyéthylène par activation des liaisons C-H – CYCLO-PE

Le polyéthylène (PE) est le thermoplastique technique le plus répandu et le plus économique, avec une production mondiale de plus de 150 millions de tonnes par an. Le PE est commercialisé dans une variété de grades commerciaux utilisés dans diverses applications, par exemple dans l'emballage, les pièces automobiles ou les dispositifs médicaux. Cependant, le PE est encore récalcitrant à tout processus de dégradation chimique ou au recyclage chimique, de même qu’il est difficile de l'interfacer avec d'autres matériaux, en raison de la nature robuste mais chimiquement inerte de ses liaisons C-C et C-H constitutives. De fait, le PE n'est toujours pas considéré comme un matériau polymère durable. Le projet CYCLO-PE vise à relever ce défi majeur de la science des polymères, en développant de nouvelles méthodologies dépourvues de métal pour la modification chimique du PE, en installant des groupes fonctionnels et/ou des motifs dégradables dans son squelette. Celles-ci incluent entre autres des fonctions oxime, carbonyle, amide, ester, imino et amino, qui seront incorporées par une voie radicalaire impliquant l'activation des liaisons C-H du PE par transfert d'atome d'hydrogène (HAT). À cette fin, des agents d'ancrage de type A-FG seront spécifiquement conçus pour être clivés par voie homolytique, libérant à la fois un radical transitoire A• activant la liaison PE C-H et un radical persistant FG• permettant la fonctionnalisation de la chaîne. Deux processus d'activation C-H seront envisagés, à savoir une voie photochimique en solution et une voie thermique où les PE parents et les composés A-FG seront mis en œuvre dans une infrastructure réelle utilisée pour traiter le PE, c'est-à-dire dans des conditions d'extrusion réactive. L'objectif général du projet est de fournir un aperçu complet des relations structure-réactivité-sélectivité-propriété pour réguler les voies de recyclage et de dégradation chimique du PE, par le biais d'études synthétiques, structurelles et thermomécaniques, ce qui serait difficile à réaliser en utilisant des méthodes de (co)polymérisation conventionnelle. En variant ainsi le nombre et la structure des groupes fonctionnels pendants, les propriétés des PE ainsi dérivés devraient pouvoir être manipulées de manière modulaire, offrant de nouvelles possibilités d'élargir le profil des propriétés du PE.
Ce projet sera mis en œuvre par le biais de 3 work packages et est planifié sur une période de 48 mois. Il implique le Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (LCPO), avec Daniel Taton comme coordinateur du projet, et l'Institut des Sciences Moléculaires (ISM), avec Yannick Landais comme investigateur principal, le LCPO et l'ISM étant tous deux situés sur le campus de Bordeaux. Ce programme se situe en fin de compte au carrefour de la chimie moléculaire, concernant l'étude de l'activation par transfert d'atome d'hydrogène de liaisons C-H non polaires et faiblement réactives, et de la synthèse macromoléculaire visant la post- modification chimique précise du PE pour surmonter les limitations actuelles du recyclage chimique du PE et rendre le PE plus compatible avec les matériaux polaires.
La vaste plateforme de réaction devrait permettre de transformer facilement les PEs, y compris les déchets plastiques de post-consommation, 1) en matériaux recyclés avec des propriétés d'adhésion en masse et en surface réglables, 2) en réseaux de PE réticulés de manière dynamique pouvant être remis en œuvre au cours de cycles répétés, ou 3) en PE dégradables produisant des oligomères repolymérisables ou 4) en produits chimiques à valeur ajoutée, par exemple des carburants ou des agents tensioactifs. Les stratégies de recyclage et de dégradation proposées devraient ainsi contribuer au développement d'une économie circulaire des plastiques.