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Polymérisation radicalaire contrôlée de l’éthylène

Les chercheurs du laboratoire « Chimie catalyse polymères et procédés» (CNRS / CPE Lyon / Université Claude Bernard Lyon 1) sont parvenus à maîtriser la polymérisation radicalaire contrôlée de l’éthylène par le procédé RAFT(reversible addition–fragmentation chain transfer). Cette technique a permis de maitriser la croissance des chaînes de polymères et d’envisager l’élaboration d’architectures macromoléculaires complexes à base de segments polyéthylènes. Ce travail fait l’objet d’un article VIP paru le 23 juin 2014 dans la revue Angew. Chem.

La maîtrise de la croissance des macromolécules (réaction de propagation) lors d’une polymérisation en chaîne est rendue difficile par la présence de réactions de destruction des centres actifs mis en jeu (anions, cations, radicaux). En polymérisation radicalaire, une chaîne est produite en une seconde environ. C’est la réaction de terminaison bimoléculaire (réaction entre deux (macro)radicaux) impossible à éviter qui ne permet pas, par exemple, de conserver l’activité des chaînes formées durant tout le processus de polymérisation. Au début des années 1990, des systèmes de polymérisation radicalaire permettant de diminuer fortement ces réactions de terminaison bimoléculaires au profit de la réaction de propagation ont vu le jour. En maîtrisant l’amorçage simultané de toutes les chaînes, ces systèmes ont permis de faire croître les chaînes et de les garder actives tant que du monomère était présent dans le milieu de polymérisation. Ainsi, il devenait possible non seulement de contrôler la masse molaire des chaînes formées (proportionnelle à la quantité de monomère consommée divisée par le nombre de chaînes produites) mais également d’avoir accès à la synthèse de copolymères à blocs par l’introduction d’un second monomère une fois le premier monomère consommé. Ces systèmes de polymérisation appelés polymérisations radicalaires contrôlées (PRC) ont révolutionné la synthèse d’architectures macromoléculaires complexes et ont permis d’accéder à des polymères aux propriétés très variées, dues à la grande diversité des monomères polymérisables par voie radicalaire.

Parmi ceux-ci, l’éthylène a très peu été étudié. C’est pourtant un monomère incontournable (le moins cher du marché). Sa polymérisation est conduite industriellement par voie radicalaire conventionnelle dans des conditions dures de température et de pression (> 200°C > 2000 bars).

La mise en commun d’expertises dans le domaine de la polymérisation des oléfines, des monomères gazeux et de la polymérisation radicalaire contrôlée a permis aux chercheurs d’une part d’optimiser des conditions de polymérisation radicalaire de l’éthylène ‘plus douces’ (200 bars, < 80 °C) et, d’autre part, d’envisager la polymérisation radicalaire contrôlée de ce monomère. Parmi les procédés de polymérisation radicalaire contrôlée, c’est le procédé RAFT (Reversible addition-fragmentation chain transfer) qu’ils ont utilisé avec succès pour produire pour la première fois des chaînes de polyéthylènes de masses molaires contrôlées par un procédé radicalaire. Ce résultat permet d’envisager la production de nombreuses architectures macromoléculaires incorporant des segments de polyéthylènes impossibles à obtenir par d’autres techniques .

dagosto

Référence

Cédric Dommanget, Franck D’Agosto & Vincent Monteil

Polymerization of Ethylene through Reversible Addition–Fragmentation Chain Transfer (RAFT)

Angew. Chem. 23 juin 2014
doi: 10.1002/anie.201403491

Contacts chercheurs

Franck D’Agosto et Vincent Monteil, Chimie catalyse polymères et procédés – Villeurbanne

Courriels : franck.dagosto@univ-lyon1.fr
vincent.monteil@univ-lyon1.fr

Tél. : 04 72 43 17 70 – 04 72 43 17 81

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken