Un nouveau procédé de synthèse de silicones sans résidus toxiques

Les silicones sont utilisés dans de nombreux domaines, du cosmétique à l’aérospatial. Néanmoins, lors de leur synthèse industrielle à partir d’octaméthylcyclotétrasiloxane (D4), il se forme de 10 à 15 % d’oligosiloxanes cycliques. Ces petites molécules sont potentiellement toxiques pour l’environnement et suspectées d’être des perturbateurs endocriniens. La directive REACH impose aux industriels de les éliminer pour limiter la contamination des produits finis à 0,1 %.

Pour éviter la formation de ces oligosiloxanes cycliques, une équipe de scientifiques du laboratoire hétérochimie fondamentale et appliquée (CNRS/Université de Toulouse Paul Sabatier) ainsi que l’entreprise Elkem Silicones viennent de mettre au point un nouveau procédé. Ils publient leurs résultats dans Science ce 1^er septembre.

Éviter la formation d’oligosiloxanes cycliques

Lors de la fabrication des chaînes polysiloxanes, deux réactions sont en compétition : la propagation de la chaîne polymère par polymérisation par ouverture de cycle de monomères cycliques et la rétropolymérisation aux extrémités de la chaîne polymère. « Lors de la polymérisation, le bout de chaîne est actif : le polymère grandit en greffant les monomères, mais il peut aussi revenir sur lui-même et casser la chaîne, ce qui aboutit à la production des petits oligosiloxanes cycliques », explique Antoine Baceiredo, directeur de recherche au CNRS et co-auteur de l’étude.

Dans le cadre de cette étude, les chercheurs ont mis au point un nouveau système catalytique basique (alcoolate de phosphonium), pour la synthèse de silicones par ouverture de cycles. En ajoutant dans le milieu un alcool, ils évitent la rétropolymérisation, conduisant à une polymérisation contrôlée du D4 sans produire d’oligosiloxanes cycliques indésirables. « On dépasse 99,9 % de rendement, il n’y a pas de formation d’oligosiloxanes cycliques, il reste simplement un peu de monomère n’ayant pas réagi, assure Antoine Baceiredo. L’alcool sert d’initiateur et est consommé au fur et à mesure de la polymérisation. La chaîne ne peut que croître, et lorsqu’il n’y a plus d’alcool, le catalyseur s’autodétruit. »

Le projet a montré l’efficacité de la synthèse au laboratoire, d’autres tests sont en cours. Si les retombées industrielles pourraient être importantes, la route reste longue avant de voir le procédé appliqué dans les usines. « Pour une réaction industrielle, il faut rendre le catalyseur plus robuste, qu’il soit assez résistant, manipulable par l’ouvrier et rentable pour l’industriel », prévient Antoine Baceiredo.