Extrusion réactive pour la synthèse de polymères bio-sourcés

par Fiona Magliozzi

Projet de thèse en Polymères

Sous la direction de Henri Cramail.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de Sciences Chimiques , en partenariat avec Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (laboratoire) et de EQ2 - Biopolymères et Bio-Sourcés Polymères (equipe de recherche) depuis le 01-11-2016 .


  • Résumé

    Les polymères sont une catégorie de matériaux que l'on retrouve dans de nombreuses applications et domaines très variés, allant de l'emballage à l'automobile en passant par le bâtiment, le sport ou encore l'industrie textile. Parmi eux, les polyuréthanes représentent une classe importante de polymères de spécialité qui sont employés par exemple dans la fabrication de mousses ou bien la formulation d'adhésifs ou de peintures. La voie industrielle classique de synthèse des polyuréthanes repose sur une polyaddition entre un (poly)alcool et un (poly)isocyanate. Toutefois, les isocyanates étant produits à partir du phosgène, un gaz hautement toxique cette méthode de synthèse doit être substituée par un procédé plus respectueux de l'environnement et moins dangereux. Parallèlement, la demande sociétale envers ces matériaux plastiques ne cesse de croitre alors que les ressources pétrolières s'épuisent. Aussi, au regard du « Développement Durable » et de la préservation des ressources fossiles, des efforts sont engagés afin de remplacer les matériaux pétrosourcés par des matériaux bio-sourcés. La voie de synthèse la plus prometteuse pour synthétiser des polyuréthanes à partir de synthons issus de la biomasse est a polyaddition entre un (poly)carbonate cyclique à 5 chaînons et une (poly)amine. Cependant, cette voie n'est pas encore assez compétitive en terne de réactivité et de masses molaires obtenues pour détrôner la méthode de synthèse industrielle classique. C'est dans l'objectif de rendre cette méthode de synthèse plus compétitive qu'entre en jeu l'extrusion réactive. Ce procédé permet de réaliser une réaction de polymérisation au sein même d'une extrudeuse. Les avantages de ce procédé sont nombreux. Tout d'abord, l'absence de solvants rend le procédé à la fois plus vert, plus économe et moins dangereux. De plus, le fort cisaillement possible permet de s'astreindre des contraintes de viscosité des monomères fondus. En effet, lorsque le polycarbonate et la polyamine sont polymérisés en masse, la conversion est bloquée par une viscosité trop importante. Cette dernière contrainte pourrait être amoindrie via une élévation de température, mais cela favoriserait alors les réactions secondaires.

  • Titre traduit

    Reactive extrusion for the synthesis of bio-based polymers


  • Résumé

    Because the current world consumption of polymer based materials such as plastics goes against the depletion of fossil resources, the synthesis of more sustainable thermoplastics polymers from renewable feedstocks is no longer an option. In the last few years, different research teams have focused their work on new pathways for the synthesis of bio-based polyurethanes, as the current industrial process involve the reaction between (poly)diols and harmful (poly)isocyanates, themselves produced from toxic phosgene. A lot of them have shown that oil derivatives could lead to good candidates for the development of monomers for polyurethanes. In agreement to the green chemistry principles, it has been shown that isocyanate free polyurethanes can be obtained from a carbonate / amine pathway. Following this trend, a large platform of fatty acid-based cyclic carbonates and activated lipidic cyclic carbonates as poly(hydroxyurethane) precursors has been synthesized [ref Lise + Océ]. Nevertheless, even if both categories gave very interesting results, those pathways remain not competitive with the diol / diisocyanate industrial pathway. Therefore, the purpose of this project is to evaluate the reactive extrusion as a new process for isocyanate free polyurethanes synthesis. The main advantage of this method is the absence of solvent, which leads to a greener, safer, and cheaper process. Besides, bulk polymerization allows reaching higher temperatures, which reduces the duration of the reaction and can contributes to decrease the amount of secondary reactions. The second main positive aspect of this tool is the high shearing rate possible, which offer an excellent mixing capacity and consequently a very homogenous mixture[ref sciences et tech de l'ingé]. Firstly, the objective was to assess the processability by extrusion of all those polyurethanes monomers. Secondly, the aim was to compare the properties of the obtained polymers to their analog obtain by classical polymerization routes, which involves the use of solvents.