Monomers à base d’huiles vegétales : cinétique, catalyse et risque thérmique
Auteur / Autrice : | Wander Yamil Pérez Sena |
Direction : | Sébastien Leveneur, Lionel Estel, Tapio Salmi |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie des procédés |
Date : | Soutenance le 09/07/2021 |
Etablissement(s) : | Normandie en cotutelle avec Åbo akademi |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime) |
Partenaire(s) de recherche : | Etablissement de préparation : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....) |
Laboratoire : Laboratoire de sécurité des procédés chimiques (Saint Etienne du Rouvray, Seine-Maritime ; 1989-....) - Teknisk kemi och reaktionsteknik (Turku, Finlande) | |
Jury : | Président / Présidente : Mélaz Tayakout |
Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Leveneur, Lionel Estel, Tapio Salmi, Riitta Keiski, Laurent Falk, Tuomo Sainio, Päivi Maki-Arvela | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Riitta Keiski, Laurent Falk |
Mots clés
Résumé
Les polyuréthanes se trouvent parmi les plus importants polymères de la vie quotidienne, ils sont produits au niveau industriel par la réaction entre un polyol et un diisocyanate. Ce procédé présente plusieurs inconvénients comme la toxicité du diisocyanate. Ces derniers sont obtenus à partir de dérivés de pétrole comme le phosgène, lequel est connu par sa haute toxicité. Dans ces dernières années, une nouvelle voie de synthèse plus respectueuse de l’environnement pour la production de cet important polymère a été développée, il s’agit de la réaction de polyaddition entre un polycarbonate et une polyamine, ce procédé utilise des biosources et dioxyde de carbone comme matières premières. Le présent travail scientifique est consacré à l’étude du chemin réactionnel pour la production de polyuréthanes à partir des huiles végétales comme matières premières. Les huiles végétales sont une source verte des matériaux qui offrent plusieurs avantages comme : non toxicité, renouvelables et biodégradabilité des produits finals. Chaque étape réactionnelle nécessaire pour transformer des huiles végétales en polyuréthanes a été étudiée. La réaction époxydation a été d’abord évaluée d’un point de vue de sécurité de procédé. Diverses méthodes de synthèse des époxydes ont été comparées, et il a été trouvé que époxydation directe par le peroxyde d’hydrogène en présence d’un catalyseur oxyde métallique comme l’oxyde d’aluminium donne les plus basses probabilités d’emballement thermique. Ensuite, la cinétique du système a été étudiée, et le rendement a été amélioré par application de la technologie de réacteur semi-fermé. Modélisation mathématique du système réactionnel a été menée, et une bonne description des données expérimentales a été obtenue. Une variété des catalyseurs hétérogènes ont été synthétisés et testés dans l’étape de carbonisation des huiles végétales époxydées. Les plus importants paramètres pour l’obtention des bonnes conversions et rendements ont été l’utilisation d’un matériau pésoporeux et la présence d’une source d’acidité de Lewis comme un métal. Un calorimètre isothermique a été utilisé pour la détermination des enthalpies de réaction dans l’étape d’amynolyse. Les enthalpies de réaction de l’amynolyse et l’amidation ont été trouvées légèrement exothermiques. Par la suite, la cinétique du système a été étudié en utilisant quatre amine différentes ; des modèles mathématiques pour chaque système ont développées et une relation d’énergie libre a été établie en liant le substituant des amines et leurs contant cinétiques.