Des scientifiques transforment les déchets plastiques en élastomères durables de grande valeur

Le défi mondial posé par les déchets plastiques, en particulier le polyéthylène téréphtalate (PET) provenant de produits à usage unique générant des millions de tonnes par an, a intensifié les efforts visant à transformer ces déchets en matériaux de plus grande valeur grâce au « surcyclage ». Cet article explore le potentiel scientifique et industriel des polyesters semi-aromatiques chimiquement recyclés, en particulier de l'acide téréphtalique dérivé du PET recyclé de faible valeur (rPET), pour la synthèse d'élastomères thermoplastiques (TPE) avancés.

I. Recyclage des déchets de polyester et développement de matériaux de grande valeur

Les déchets PET mondiaux provenant des bouteilles et des emballages nécessitent des stratégies de recyclage économiquement viables, classées en trois approches :

• Recyclage primaire :Retraitement de polymères seuls ou en mélange pour des produits secondaires ayant des exigences de performances moindres.
• Recyclage secondaire :Retraitement thermique/physique en nouveaux produits.
• Recyclage tertiaire :Dépolymérisation par pyrolyse ou méthodes chimiques pour récupérer les monomères.

Les exigences législatives en matière de durabilité ont conduit à des innovations en matière de surcyclage du PET. La recherche se concentre sur la récupération de l'acide téréphtalique du rPET et sur l'optimisation des processus pour le combiner avec des monomères d'origine biologique (par exemple, l'éthylène glycol, le butanediol ou les diols dérivés du furane) et des polyéthers (PEG, PTHF) pour créer des matériaux commercialement viables.

II. Copolymères blocs PBT-PTHF comme TPE de nouvelle génération

L'acide téréphtalique dérivé du rPET peut remplacer le téréphtalate de diméthyle (DMT) dans la synthèse du polybutylène téréphtalate (PBT) en tant que segments durs pour les TPE. Ces copolymères blocs combinent des segments durs cristallins (pour la stabilité thermique) avec des segments amorphes mous (pour une flexibilité à basse température), permettant des applications dans l'automobile et les biens de consommation.

Cette étude introduit un processus en une étape dans lequel le rPET réagit avec le 1,4-butanediol (BDO) en présence de PTHF pour former directement des copolymères blocs PBT-PTHF. Alors que les TPE à base de PBT dominent les applications techniques en raison de leur cristallisation plus rapide que les alternatives à base de PET, les relations structure-propriétés dans les systèmes incorporant des monomères dérivés du rPET restent sous-explorées.

III. Contrôle microstructural et comportement des phases

Une caractérisation avancée révèle comment la composition affecte la cristallisation :

• Systèmes riches en segments dursprésentent une séparation de phases prononcée, influençant la cinétique de cristallisation et formant des structures lamellaires.
• Systèmes à dominante de segment souplemontrent un impact minimal de la séparation des microphases sur la croissance des cristaux.

La microscopie à lumière polarisée et la diffusion des rayons X démontrent que les copolymères PBT-PTHF forment des sphérulites, des dendrites ou des réseaux en forme de billes en fonction de la longueur des blocs et des conditions de cristallisation. Notamment, les monomères dérivés du rPET améliorent les taux de cristallisation, attribués aux catalyseurs résiduels dans l'acide téréphtalique recyclé, sans altérer la morphologie macroscopique.

IV. Durabilité et orientations futures

Alors que les monomères d’origine fossile seront progressivement éliminés d’ici deux décennies, ces travaux fournissent un cadre pour le développement de TPE circulaires utilisant des déchets de PET et des monomères d’origine biologique. La capacité d’adapter le comportement de cristallisation grâce à la conception de copolymères séquencés, tout en exploitant des matières premières recyclées, offre un modèle évolutif pour des matériaux durables hautes performances.