Des chercheurs américains ont identifié un organocatalyseur capable de déconstruire une gamme de polymères de condensation.¹ Le catalyseur de sel ionique protique est le premier catalyseur unique à transformer un mélange de plastiques grand public en monomères de haute qualité.

On estime que près de 79 % des plastiques vierges finissent dans les décharges ou s’accumulent ailleurs dans notre environnement.² ‘[A big challenge for recycling plastics] est que l’obtention de plastiques post-consommation triés de haute qualité demande beaucoup de travail et d’énergie », commente Julie Rorrer, experte en recyclage chimique des déchets plastiques de l’Université de Washington, aux États-Unis, qui n’a pas participé à la recherche.

Aujourd’hui, Tomonori Saito et son groupe de recherche du laboratoire national d’Oak Ridge ont développé une nouvelle stratégie pour lutter contre les déchets plastiques mélangés. Il utilise un organocatalyseur à base de sel ionique protique qui déconstruit sélectivement et séquentiellement plusieurs polymères de condensation tout en gardant intacts les autres polymères, tels que le polyéthylène et le polypropylène. « L’étude a développé une technologie qui convertit un mélange de déchets plastiques traditionnellement non recyclables en produits chimiques utiles, présentant ainsi une solution pour lutter contre le défi mondial des déchets plastiques », explique Saito. Monde de la chimie.

Le mouvement récent vers l’organocatalyse, plutôt que la catalyse à base de métaux, intervient alors que ces processus peuvent être réalisés dans des conditions plus douces et plus durables. Les organocatalyseurs sont également plus stables à l’air et à l’humidité et ont une moindre toxicité, ce qui les rend plus faciles à manipuler.

L’organocatalyseur développé par l’équipe de Saito comprend deux composants, l’acide trifluoracétique (TFA) et le triazabicyclododécane (TBD). Il déconstruit les polymères de condensation via un mécanisme de double activation avec l’éthylène glycol agissant comme nucléophile. Le composant TFA offre une basicité conjuguée élevée, ce qui améliore la réactivité du nucléophile dans la dégradation du polymère. Le composant protoné TBD (TBDH⁺) se coordonne avec un groupe carbonyle dans la chaîne polymère pour augmenter la réactivité et affaiblir la liaison qui doit être rompue. Les différences de réactivité des groupes fonctionnels au sein de différentes structures polymères signifient que l’organocatalyseur peut décomposer séquentiellement les mélanges de polymères. L’augmentation progressive de la température de réaction déconstruit chaque polymère à un stade différent du processus, ce qui facilite la séparation des monomères résultants.

L’équipe a démontré la sélectivité du catalyseur en l’appliquant à des mélanges de plastiques de consommation, de bouteilles en polyéthylène téréphtalate, de sacs en polyéthylène et de tissus mixtes. Il convertit complètement tous les polymères de condensation en leurs monomères respectifs en deux heures. Parallèlement, « d’autres plastiques tels que la polyoléfine et la cellulose ne réagissent pas à ce processus de déconstruction catalytique, ce qui leur permet de rester intacts et d’être facilement séparés du mélange », ajoute Saito.

L’équipe de Saito a réalisé une analyse du cycle de vie de sa stratégie de recyclage. Il a montré que la synthèse de polymères tels que le polyéthylène téréphtalate, le polycarbonate, le polyuréthane et le polyamide à partir des monomères déconstruits entraînait jusqu’à 95 % d’émissions de gaz à effet de serre en moins et nécessitait jusqu’à 94 % d’énergie en moins que les méthodes conventionnelles.

Comme diverses entreprises utilisent déjà des procédés similaires de recyclage chimique par solvolyse, l’équipe espère que leur procédé pourra être facilement étendu. Cependant, Rorrer ajoute que lors du passage à grande échelle, « des facteurs supplémentaires entreront en jeu et qu’il faudra intégrer dans ces modèles de cycle de vie et d’analyse économique pour garantir que le processus soit à la fois rentable, mais également bon, voire meilleur, pour l’avenir ». l’environnement que l’alternative dans une économie plastique linéaire.