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Pour synthétiser du plastique, de petites molécules monomères doivent être enfilées ensemble comme les perles d’un collier, créant ainsi de longues chaînes de  polymères. Cependant, tous les plastiques – ou leurs polymères – ne sont pas créés égaux. Plus le polymère est long et solide, plus le matériau est durable.

Un polymère qui peut être dépolymérisé 

Les chercheurs de Cornell ont pris un monomère moyen et, en utilisant un catalyseur spécial, ils ont créé un polymère plus résistant capable de former de longues chaînes. Ce polymère peut ensuite être facilement dépolymérisé pour revenir à l’état de monomère à l’aide d’un catalyseur acide, ce qui donne un thermoplastique chimiquement recyclable qui rivalise avec les plastiques les plus populaires, le polyéthylène et le polypropylène.

Les chercheurs ont construit leur polymère à partir d’un monomère acétal cyclique appelé dioxolane, qui est synthétisé à partir de formaldéhyde et d’éthylène glycol potentiellement biorenouvelables. Les polyacétals sont de bons candidats pour la création de thermoplastiques recyclables parce qu’ils sont stables à plus de 300 degrés Celsius, mais ils se dépolymérisent à des températures relativement basses – habituellement inférieures à 150 degrés Celsius – en présence d’un catalyseur acide. Ils sont également peu coûteux et peuvent être d’origine biologique. Cependant, les polyacétals n’ont pas été utilisés auparavant parce que les chaînes de polymères sont généralement trop courtes pour atteindre la résistance mécanique nécessaire pour les applications commerciales.

Grâce à un processus appelé polymérisation par ouverture de cycle cationique à désactivation réversible, les chercheurs ont pu connecter les monomères en longues chaînes de PDXL qui ont un poids moléculaire élevé et une grande résistance à la traction.

Il est solide et flexible

Le thermoplastique obtenu est suffisamment solide et flexible pour être utilisé dans des applications à grande échelle telles que les produits d’emballage. L’équipe a démontré ce potentiel en créant plusieurs prototypes d’articles, notamment des sachets de protection, des emballages moulés et des coussins d’air gonflables du type de ceux qu’utilise Amazon pour rembourrer ses boîtes.

« Maintenant, près de 40% du plastique est produit pour des matériaux d’emballage qui sont utilisés brièvement puis jetés », a déclaré Rachel Snyder. « Le PDXL a la résistance nécessaire pour l’emballage, mais au lieu de le jeter, nous pouvons le collecter et le réutiliser en utilisant un processus de recyclage chimique très efficace. Cela en fait un candidat parfait pour une économie circulaire des polymères. »

Le processus de recyclage est si efficace que le PDXL peut même être dépolymérisé à partir de mélanges complexes de déchets plastiques. L’équipe a mélangé du PDXL avec d’autres plastiques de base comme le polyéthylène téréphtalate, le polyéthylène et le polystyrène. Après avoir appliqué un catalyseur acide réutilisable et de la chaleur, ils ont pu récupérer 96 % du monomère dioxolane pur, démontrant ainsi qu’il peut être facilement isolé des contaminants courants comme les colorants et les plastifiants. Le monomère récupéré a ensuite été repolymérisé en PDXL, illustrant la circularité du recyclage chimique du polyacétal.

Cela met en évidence l’attribut le plus important du polymère : sa durabilité. « Il faut beaucoup de combustibles fossiles pour fabriquer ces plastiques, et l’empreinte carbone du polyéthylène ou du polypropylène courants est vraiment mauvaise. Nous devons donc améliorer la façon dont nous les fabriquons », a déclaré Geoffrey Coates.

La circularité du recyclage chimique

« Si vous pouvez recycler chimiquement ce polymère, il ne sera pas rejeté dans l’océan, n’est-ce pas ? Et puis, au lieu d’utiliser toute cette énergie pour extraire le pétrole du sol, le briser en petits morceaux et dépenser toute cette énergie, tout ce que nous avons à faire est de chauffer ce polymère et nous avons à nouveau un monomère. »

Cette recherche a été publiée dans Science.

Source : Cornell University
Crédit photo : Pexels