+ 2019 DICARBOREX – Le CO2 comme réactif dans la fonctionnalisation de polymères par extrusion réactive
projet inter laboratoires
Porteur du projet
Yvan Chalamet Professeur des Universités UJM
chalamet@nulluniv-st-etienne.fr
Laboratoire(s) membre(s)
DURÉE : 3 ans (2020/2023)
FINANCEMENT : 215 000 €
Axe(s) de recherches
OBJECTIF
L’objectif du projet DICARBOREX est d’apporter de nouvelles fonctions (en particulier polaires) à des polymères (le + souvent apolaires) par post-modification en extrudeuse (catalyse en extrusion réactive) en utilisant le CO2 comme agent de fonctionnalisation. Son originalité réside dans la chimie développée autour du CO2 et son couplage à une mise en œuvre par extrusion réactive.
Notre stratégie est d’aller progressivement sur des modifications chimiques de plus en plus complexes de polymères de plus en plus inertes chimiquement par carboxylation par le CO2. Cela correspond à des fonctions présentes dans le polymère de moins en moins réactives : 1) carboxylation d’époxyde par le CO2, 2) carboxylation oxydante d’oléfines (C(sp2)-H) par le CO2 3) carboxylation oxydante d’alcane (C(sp3)-H) par le CO2. Si la carboxylation catalytique d’époxyde est un domaine mature ce n’est pas le cas des carboxylations oxydantes d’alcènes et à fortiori d’alcanes.
Dans le 1er cas, les cibles seront des polymères relativement polaires présentant des fonctions époxydes comme les polyoléfines réactives ou des silicones époxydés. Dans le second cas, des polymères apolaires présentant des insaturations seront utilisés comme des homo- et copolymères de diènes conjugués ou des silicones fonctionnalisés oléfine. Enfin, le dernier cas concernera les polymères apolaires comme les polyoléfines.
Concernant le procédé, il s’agira de transposer à l’extrusion réactive les réactions menées en autoclave. Outre les paramètres d’extrusion classiquement optimisés pour rendre compatible la réaction chimique et l’extrusion, il sera nécessaire d’intégrer la présence du CO2, à la fois pour maintenir les conditions supercritiques mais également comme réactif. Cette transposition sera réalisée à l’échelle laboratoire et à l’échelle pilote sur la plateforme R&D FluSCritEx.
L' objectif ultime de ce projet est de proposer des matériaux polymères à fonctionnalités et propriétés modulables, pour modifier leurs caractéristiques physico-chimiques telles que leur polarité, cristallinité, réactivité sans limiter leur recyclabilité puisqu’ils pourront soit être utilisés purs, soit en mélange avec leurs matrices d’origines.
L’idée est de proposer à la filière de l’industrie des matières plastiques des polymères aux performances adaptées aux marchés visés en intégrant une approche durable au niveau du procédé et du matériau tout en restant compétitif dans un contexte de concurrence économique internationale.
Résultats
Impacts
- Connaissances complémentaires sur la synthèse de carbonates cycliques et la catalyse des réactions d’époxydation et carbonatation plus généralement autour de l’utilisation du CO2 comme réactif sur des matériaux polymériques
- Connaissances complémentaires sur la mise en œuvre par extrusion de réaction d’époxydation de polydiènes et connaissances nouvelles sur la réaction de carbonatation en couplant extrusion réactive et CO2 sous pression.
- Connaissances complémentaires sur les propriétés mécaniques et thermiques des matériaux fonctionnalisés
Brevet :
Demande de dépôt de brevet le 09/01/2023 (N°FR2300220) : Carbonatation de polymères ou oligomères époxydés par extrusion réactive. Inventeurs : CHALAMET Yvan, GUERDENER Bruno, BOUNOR-LEGARE Véronique, DUFAUD-NICCOLAI Véronique, RAYNAUD Jean, MONTEIL Vincent, AYZAC Virgile, BESOGNET Paul.
Guerdener, B.; Ayzac, V.; Norsic, S.; Besognet, P.; Bounor-Legaré, V., Monteil, V.; Dufaud, V.; Raynaud, J. and Chalamet, Y. “Carbonatation of [ethylene–glycidyl methacrylate]-based copolymers with carbon dioxide as a reagent: from batch to solvent-free reactive extrusion” Green Chem., 2023, 25, 6355-6364.DOI:10.1039/d3gc01127e
- Conférences internationales :
- Présentation d’un poster, Seventh International Symposium Frontiers in Polymer Science, Göteborg, Suède, du 29 Mai au 1er Juin 2023.
- Présentation orale, IUPAC|CHAINS2023 World Chemistry Congress, La Haye, Pays-Bas, du 20 au 25 août 2023.
Espace membres