Plastique recyclable pour l'imprimante
Polythioénones : un pas vers une économie circulaire pour les polymères synthétiques
Les possibilités de conception de matériaux et de production de composants en plastique sont élargies grâce à la technologie de l'impression 3D. Cependant, il existe une pénurie de polymères recyclables qui répondent aux exigences de performance. Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe de recherche a présenté une nouvelle classe de polymères appelés polythioénones, qui sont mécaniquement et chimiquement recyclables et adaptés à l'impression 3D. Ils présentent également de meilleures propriétés mécaniques que les polyoléfines conventionnelles, grâce à un élément de construction spécial en forme d'anneau.
© Wiley-VCH
Grâce à la modélisation numérique, des structures complexes peuvent être construites avec précision, couche par couche, à l'aide d'imprimantes 3D. La personnalisation poussée et le prototypage rapide ouvrent de nouvelles possibilités dans des domaines tels que l'ingénierie biomédicale, la fabrication automobile et la conception de produits de consommation. Dans l'impression 3D avec le procédé de fabrication par filament fondu (FFF), un matériau thermoplastique filiforme est pressé à travers une buse chaude, où il fond. Il est ensuite appliqué en couches jusqu'à ce que le composant tridimensionnel souhaité soit produit, avec un minimum de perte de matériau. L'inconvénient de cette méthode est l'absence de polymères appropriés pouvant être recyclés. Les polymères chimiquement recyclables, qui peuvent être séparés en leurs éléments constitutifs (monomères) et repolymérisés, contribueraient à réduire les problèmes environnementaux résultant des déchets plastiques de longue durée et à préserver les matières premières d'origine fossile.
La synthèse de nouveaux polymères thermoplastiques présentant une meilleure recyclabilité commence et se termine par la conception de monomères appropriés. Une équipe dirigée par Will R. Gutekunst et H. Jerry Qi du Georgia Institute of Technology (Atlanta, États-Unis) a mis au point une nouvelle famille de monomères : les thioénones cycliques (CTE), des anneaux composés de sept atomes de carbone et d'un atome de soufre. Les anneaux contiennent une double liaison C=C et un groupe carbonyle (C=O) et peuvent être facilement modifiés par l'ajout de différents groupes latéraux. Les monomères peuvent être polymérisés par une réaction d'ouverture de cycle dans laquelle les monomères sont ajoutés un par un à l'extrémité de la chaîne en croissance. Connue sous le nom d'addition de Thia-Michael, cette réaction est réversible, ce qui signifie que les polythioénones (PCTE) qui en résultent peuvent être dépolymérisés pour revenir au monomère de départ.
L'un des polymères synthétisés, le PCTE-Ph, s'est révélé particulièrement intéressant. Il est fabriqué à partir d'un monomère CTE dont le groupe latéral est un anneau de carbone aromatique à six chaînons (anneau phényle). Le PCTE-Ph est un thermoplastique thermiquement stable doté de propriétés mécaniques exceptionnelles. Il est possible d'y incorporer des colorants et des charges, et il peut être transformé selon les méthodes habituelles. Ce nouveau matériau est particulièrement adapté à l'impression 3D. Les composants imprimés avec ce matériau peuvent être recyclés mécaniquement en fondant simplement le matériau et en le transformant à nouveau tout en conservant ses propriétés avantageuses, telles que la résistance à la traction et la stabilité thermique. En outre, il peut être dépolymérisé par catalyse pour revenir au monomère initial avec un rendement de 90 %. Ce monomère récupéré est alors disponible pour d'autres cycles de polymérisation.
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