Polymérisation radicalaire par ouverture de cycle : un outil pour la dégradation des plastiques

Faible poids, faible prix et excellente stabilité dans le temps sont les principaux avantages des polymères (encore appelés « plastiques ») qui expliquent leur utilisation massive dans de très nombreux domaines d’application comme celui de l’emballage, de la construction ou encore de l’automobile. En 2019, la production mondiale de plastiques a été estimée à 370 millions de tonnes. Parmi les différentes familles de matériaux organiques, celle des polymères vinyliques occupe une place importante. Ces polymères sont obtenus par des procédés de polymérisation en chaîne conduisant à des squelettes carbonés du type C-C donc non (bio)dégradables. Cependant, leur grande stabilité post-utilisation et la mauvaise gestion de leurs déchets posent aujourd'hui des problèmes environnementaux importants. Les microplastiques, issus de la fragmentation partielle de certains polymères, sont notamment une source importante de pollution des océans. Étant donné qu'il est très difficile et très coûteux de concevoir de tout nouveaux matériaux qui pourraient avoir à la fois les propriétés souhaitées (mécaniques, thermiques, résistance aux solvants, etc.) et être recyclables et/ou biodégradables en fin de vie, il apparaît intéressant de transformer des matériaux déjà connus en équivalents biodégradables/recyclables. Cette approche repose sur l'introduction de liaisons clivables dans le squelette du polymère afin que la dégradation (par hydrolyse par exemple) produise des oligomères qui pourront ensuite être recyclés et/ou bioassimilés par des micro-organismes.

Une méthode efficace pour incorporer des liaisons faibles de façon aléatoire dans le squelette C-C d’un polymère vinylique est la copolymérisation de monomères vinyliques avec des monomères cycliques par polymérisation radicalaire par ouverture de cycle (rROP). Cette méthode combine les avantages de la polymérisation par ouverture de cycle et de la polymérisation radicalaire, c'est-à-dire la production de polymères ayant des hétéroatomes et/ou des groupes fonctionnels dans la chaîne principale, avec la robustesse, la facilité d'utilisation et les conditions de polymérisation douces d'un procédé radicalaire. La polymérisation se produit par l'addition de radicaux sur des monomères cycliques portant une fonction exo-méthylène ou des groupes équivalents, suivie d'une fragmentation du radical cyclique intermédiaire pour donner un nouveau radical et l'incorporation d'hétéroatomes dans le squelette C-C. L’introduction de ces fonctions clivables va permettre la dégradation post-utilisation des matières plastiques.

Cet article présente le principe de la rROP, les grandes familles de monomères cycliques copolymérisables avec des monomères vinyliques ainsi que les principales applications des matériaux (bio)dégradables obtenus (polymères pour le packaging, latex et surfaces dégradables, impression 3D, biomatériaux et polymères hydrosolubles).