L’activation mécanique convertit un nouveau polymère solide en une forme chimique alternative qui se dégrade plus facilement en unités monomères simples. L’idée pourrait offrir un moyen de régénérer des matières premières chimiques précieuses à partir de plastiques mis au rebut.

Les plastiques sont omniprésents dans la vie moderne. Leur inertie chimique et leur durabilité les rendent parfaitement adaptés à des milliers d’applications diverses, mais limitent la facilité avec laquelle ils peuvent être recyclés. Les fortes liaisons carbone-carbone du squelette polymère sont difficiles à rompre, et les méthodes de recyclage actuelles réutilisent généralement la chaîne polymère plutôt que de récupérer les matières premières chimiques qui y sont enfermées. Les plastiques dégradables incorporent d’autres groupes fonctionnels dans le squelette du polymère, mais cela a tendance à réduire leur stabilité, ce qui les rend inadaptés à la plupart des utilisations commerciales.

Maintenant, une équipe dirigée par Junpeng Wang de l’Université d’Akron, aux États-Unis, a fusionné ces propriétés apparemment contradictoires pour concevoir un matériau capable de passer d’un plastique stable à un polymère facilement dégradable. La conception du polymère incorpore deux formes moléculaires distinctes : une forme « verrouillée » avec un squelette de carbone robuste et une forme « non verrouillée » contenant des unités répétitives plus simples et plus réactives. L’activation mécanique par sonication ou broyage à billes convertit le plastique verrouillé durable en sa forme dégradable, permettant la récupération des précieuses matières premières chimiques.

«Nous voulions briser le paradoxe entre dégradabilité et stabilité», explique Wang. « En tirant parti d’une stratégie appelée dégradation verrouillée, nous avons créé un polymère stable pendant le stockage et l’utilisation, et lorsque le recyclage est nécessaire, sa dégradabilité peut être déverrouillée. »

L’équipe a soigneusement sélectionné un système d’anneaux tendus (THF fusionné au cyclobutane) comme unité répétitive pour le polymère bloqué, produisant un plastique résistant similaire au polyéthylène haute densité. Sous la force mécanique, les anneaux tendus de chaque unité monomère s’ouvrent pour produire trois unités répétitives plus simples, contenant toutes une double liaison carbone-carbone. Une fois déverrouillées, ces poignées d’alcènes réactifs permettent aux catalyseurs commerciaux de dépolymériser complètement la chaîne. «L’étape de déverrouillage apporte des groupes fonctionnels dégradables au squelette du polymère», explique Wang. «L’étape mécanochimique transforme le cycle cyclobutane en doubles liaisons carbone-carbone, qui peuvent ensuite subir une dégradation par métathèse en présence des catalyseurs au ruthénium de Grubbs.»

«Le travail développe un concept créatif et fournit un bel exemple d’utilisation de la mécanochimie pour accéder à des polymères qui sont autrement assez difficiles à fabriquer», déclare Stephen Craig, chimiste des polymères de l’Université Duke, aux États-Unis. « Les défis à plus long terme incluent l’amélioration de la circularité pratique de la polymérisation/dépolymérisation [and] identifier les conditions d’une conversion mécanochimique à plus haut rendement à plus grande échelle.

L’équipe étudie actuellement la production et le recyclage du polymère à plus grande échelle et à moindre coût, mais Wang espère que les travaux auront un impact plus large. «Nous pouvons désormais permettre un recyclage efficace sans compromettre la stabilité des polymères», déclare-t-il. « En fin de compte, nous visons également à appliquer le concept de dégradabilité verrouillée aux polymères commerciaux existants. »