Les chercheurs de l'Université de Bayreuth ont trouvé un moyen de rendre les plastiques plus durables en utilisant les déchets de soufre du processus de raffinage du pétrole. Ils ont développé une méthode qui permet à des liaisons de soufre dynamiques d'être facilement intégrées dans les polyesters. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Édition internationale d'Angewandte Chemie.
Les polyesters sont des plastiques polyvalents trouvés dans de nombreux articles de tous les jours tels que des bouteilles d'animaux de compagnie, des emballages, des sacs à dos et des vêtements. Ils sont populaires en raison de leur dégradabilité potentiellement plus facile, ce qui les rend plus durables que les autres types de plastique.
Cependant, même les polyesters ont la place à l'amélioration en ce qui concerne la recyclabilité: pendant les processus de recyclage thermique et mécanique, la qualité peut se détériorer, ce qui signifie que le polyester recyclé a souvent des propriétés inférieures par rapport au matériau vierge. En conséquence, les polyesters ne peuvent pas être recyclés indéfiniment.
Une approche prometteuse pour relever ce défi consiste à incorporer de nouvelles liaisons chimiques qui peuvent être facilement ouvertes et fermées, améliorant ainsi considérablement la durabilité de ces matériaux.
Les liaisons dynamiques sont des liaisons chimiques qui peuvent être cassées et reformées avec facilité, ce qui est crucial pour les matériaux durables. Cela permet de réparer ou de remodeler les matériaux sans être décomposés en leurs composants de base. La rupture et le reformage de ces liaisons sont souvent contrôlées par un catalyseur – une substance qui facilite ou accélère une réaction chimique.
Le soufre élémentaire, un sous-produit du raffinage du pétrole, contient de telles liaisons dynamiques. Cependant, l'intégration des liaisons dynamiques de soufre dans le polyester s'est révélée difficile. Une équipe de recherche dirigée par le professeur Dr. Alex Plajer, professeur junior de chimie macromoléculaire à l'Université de Bayreuth, a maintenant réussi à introduire des liaisons de soufre dynamiques dans les polyesters en utilisant une méthode nouvellement développée.
En plus du soufre élémentaire, la méthode nécessite des époxydes – une classe largement utilisée de matériaux de départ chimique. Les chercheurs ont découvert qu'une variété de types d'époxyde peuvent être utilisées, y compris celles couramment utilisées dans l'industrie ou même dérivées de sources naturelles. Cela permet aux propriétés des polymères résultants d'être personnalisés – par exemple, qu'ils soient durs ou doux, ou à quelle température ils se comportent comme du verre.
De plus, la synthèse des polyesters ne nécessite qu'un simple catalyseur: l'alcoxyde de lithium. Ce composé est facile à produire, convivial dans la pratique du laboratoire, et permet la catalyse dans des conditions relativement douces, ce qui permet d'économiser de l'énergie et réduit les coûts.
« Fait intéressant, nous avons découvert que l'implication du soufre – en particulier le soi-disant anneau S8 – accélére la réaction introduisant la liaison dynamique. Certaines parties du polymère résultant semblent soutenir le processus catalytique. Il s'agit d'un mécanisme plutôt inhabituel », explique Plajer.
Les polyesters produits avec des liaisons de soufre dynamiques sont suffisamment stables pour subir une modification ultérieure. Grâce à d'autres réactions chimiques, par exemple, le matériau peut être réticulé, permettant son utilisation comme un adhésif réutilisable qui peut être traité avec de la chaleur ou en panne avec de l'acide.
