1 résultat

Du nouveau dans la polymérisation catalytique de l’éthylène

Le polyéthylène est le polymère le plus produit industriellement. Sa popularité réside en ses propriétés uniques, son absence de toxicité, et son faible coût lié à des procédés de fabrication performants et à l’utilisation du monomère le plus accessible et le moins cher du marché, l’éthylène. L’identification de voies d’accès directes à des polyéthylènes téléchéliques, qui comportent à chacune de leurs extrémités un groupement fonctionnel, reste un défi majeur en catalyse de polymérisation. Ces groupements permettent en effet de réaliser des liaisons entre chaînes de polymères. Des chercheurs du laboratoire Chimie, Catalyse, Polymères et Procédés (CNRS / Université Lyon 1 / CPE Lyon) viennent de mettre au point un procédé de synthèse de polyéthylènes téléchéliques par voie catalytique. C’est la première fois que ce type de brique élémentaire est obtenu directement par catalyse de polymérisation de l’éthylène, rendant envisageable une production à grande échelle de ces nouveaux matériaux. Ces travaux font l’objet d’un dépôt de brevet et d’une publication parue dans le journal Angewandte Chemie.

Les polymères téléchéliques comportent à chacune de leurs extrémités un groupement fonctionnel. Utilisés sous la forme de macromonomères, de macromaorceurs, de réticulants, d’additifs réactifs, ils constituent des synthons de base pour la science des matériaux. Ces groupements fonctionnels permettent de contrôler les propriétés physico-chimiques des matériaux qu’ils vont permettre de synthétiser.

L’introduction efficace de fonctions réactives terminales sur une chaîne de polymère repose sur la maîtrise de la chimie de polymérisation via le contrôle de l’extrémité de chaîne. Dans le domaine de la catalyse de polymérisation, la technique de croissance de chaînes de polyéthylène catalysée sur un métal d’un groupe principal est utilisée au laboratoire pour la synthèse de polyéthylènes monofonctionnels.[1] Dans ce système, les chaînes de polyéthylène sont toutes liées à ce métal. La fonction est alors introduite en fin de polymérisation en mettant à profit la réactivité de cette liaison chaîne-métal terminale.

Les chercheurs ont voulu introduire une fonction en bout de chaîne mais cette fois, dès le début de la polymérisation. Cette fonction positionnée sur le groupement amorçant la chaîne de polyéthylène doit être tolérée tout au long de la polymérisation par le système catalytique qui, par définition, est très réactif et fragile. Par ailleurs, il est nécessaire de conserver la capacité de fonctionnaliser de manière sélective en fin de polymérisation l’autre extrémité de la chaîne afin d’obtenir un polymère portant une fonction à chaque extrémité c’est à dire un polyéthylène téléchélique.

Les chercheurs ont ainsi mis au point un système catalytique performant basé sur la combinaison d’un complexe de néodyme et d’un composé bis-dialkylenylmagnésium pour la polymérisation contrôlée de l’éthylène. Ce système permet d’avoir accès à une large gamme de polyéthylènes homo- et hétéro-téléchéliques (à fonctions réactives identiques ou différentes à chaque extrémité de la chaîne).

Les chercheurs évaluent maintenant les potentialités de ces pièces de légo macromoléculaires notamment dans le domaine des polycondensats (polycarbonates, polyamides, polyesters…) pour la synthèse de nouveaux polymères ou d’analogues de polyéthylènes. La possibilité de lier les segments de polyéthylène entre eux par ces nouvelles fonctions en bout de chaîne qui peuvent être polaires, réactives, stimulables, ouvre un champ très large d’applications allant de l’emballage à l’automobile ou la cosmétique.

En associant la technique de polymérisation la moins coûteuse et la plus développée industriellement (polymérisation catalytique) à l’utilisation d’un monomère abondant (l’éthylène, produit inévitable du craquage d’hydrocarbures conventionnels (pétrole), moins conventionnels (gaz de gisement, gaz de schiste[2]), ou de la biomasse), ces nouveaux polyéthylènes téléchéliques s’inscrivent dans un contexte économique très favorable.

crassous

© Franck D’Agosto

[1] J. Mazzolini, E. Espinosa, F. D’Agosto, C. Boisson Polym. Chem. 1, 793-800 (2010)
[2] ‘Le gaz de schiste bouleverse la pétrochimie au Etats-Unis’ article des Echos du 17 décembre 2012

Référence

I. German, W. Khelifi, S. Norsic, C. Boisson, F. D’Agosto
Telechelic polyethylene from catalyzed chain growth polymerization
Angew. Chem. Int. Engl. Ed. 2013, 52, 3438-3441. DOI: 10.1002/anie.201208756

I. German, F. D’Agosto, C. Boisson
Telechelic polyolefin and preparation thereof
FR 1252191 (du 12/03/2012) puis PCT/EP2012/069110 (du 27/09/2012)

Contact chercheur

Franck D’Agosto Christophe Boisson - Laboratoire Chimie Catalyse Polymères et Procédés – Villeurbanne
Courriels : dagosto@lcpp.cpe.fr et boisson@lcpp.cpe.fr
Tél : 04 72 43 17 70 et 04 72 43 17 80

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken