Un polymère doté d’une « fermeture éclair » pour effectuer sa dépolymérisation lorsque chauffé à une certaine température. Une équipe de chercheurs français a réussi à effectuer la déconstruction à haut rendement, via une chauffe à plus de 200°C, de polymères synthétisés à l’aide d’une amorce azotée. Les monomères récupérés pourraient alors être recyclés en de nouveaux matériaux. Les travaux des chercheurs ont fait l’objet d’une publication en mai dans la revue allemande Angewandte Chemie.
Du polystyrène et du plexiglas à dégradation programmée
Les chercheurs du CNRS et de l’université lyonnaise Claude Bernard ont mis au point une méthode de polymérisation radicalaire (polymérisation par réaction de radicaux, des molécules présentant un ou plusieurs électrons célibataires) de plastiques répandus tels que le polystyrène et le polyméthacrylate de méthyle acrylique (PMMA, le plexiglas) utilisant comme amorce une molécule de tétraméthyltétrazène (les tétrazènes sont des molécules comprenant 4 atomes consécutifs d’azote).
En bout de la chaîne polymère, c’est cette molécule particulière qui permet, lorsque la température dépasse 200°C, d’initier la dépolymérisation et la récupération d’une majorité des monomères. Sans cette molécule en bout de chaîne, la température nécessaire à la casse du polymère serait bien plus élevée : « Il est possible de recréer des radicaux par fort chauffage, mais pas de manière propre : on perdrait du matériel par "caramélisation" du polymère », explique Emmanuel Lacôte, co-auteur de la publication.
Des rendements de récupérations records
Les rendements de récupération atteignent 62 % pour le polystyrène, un record, et 88 % pour le PMMA. À partir de ces monomères récupérés, les chercheurs français peuvent ensuite créer des polymères aux fonctions nouvelles. « En étant maîtres de la génération des radicaux, nous pouvons donner à notre polymère des fonctions nouvelles, pour qu’il adhère mieux à une surface, qu’il soit compatible avec une charge inorganique, etc. Nos travaux sont fondamentaux et consistent à comprendre pourquoi il est possible de générer une espèce réactive et ce que celle-ci peut nous apporter », précise Jean Raynaud, co-auteur de la publication.
Autre avantage, la présence de la molécule de tétrazène en bout de chaîne polymérique n’impacte pas, ou peu, les propriétés macroscopiques du polymère, d’après Jean Raynaud et Emmanuel Lacôte. « Les masses molaires des polymères sont suffisamment élevées pour que l’effet du bout de chaîne ne soit pas énorme sur les propriétés physiques. Par contre, cela rajoute un stimulus : il existe donc des applications où cette dégradation programmée pourrait être avantageuse, et d’autres ou elle pourrait poser problème », expliquent-ils.
Des applications pour la conception de matériaux divers comme pour des pales d’éoliennes, ou dans les secteurs cosmétique et l’impression 3D, sont envisagées par les chercheurs. À l’avenir, ces derniers souhaitent s’atteler à la synthèse d’architectures polymériques complexes, rendues possibles grâce à cette maîtrise de génération radicalaire nouvelle, et à la génération de nouveaux radicaux.
