Vers une économie circulaire pour l’industrie des plastiques

Un obstacle majeur à la mise en place d'une économie circulaire dans l'industrie plastique est la difficulté de valoriser des déchets qui sont souvent constitués d’un mélange de polymères incompatibles entre eux. Le recyclage mécanique, qui consiste à trier, laver, broyer et refondre ces déchets, est de loin l’approche la plus simple mais qui conduit systématiquement à des matériaux recyclés aux propriétés nettement inférieures à celles des matériaux initiaux. Ceci est particulièrement vrai pour les déchets de polyoléfines (PE = polyéthylène et PP = polypropylène). Ces deux polymères représentent à eux seuls environ la moitié de la production mondiale de plastiques et sont trop proches pour être correctement triés et séparés lors du traitement de leurs déchets. Leurs mélanges présentent généralement de pauvres propriétés mécaniques qui ne conviennent qu'à des applications à très faible valeur ajoutée. D’intenses efforts de recherche sont donc déployés pour tenter de promouvoir la compatibilité entre ces deux polymères par des méthodes chimiques simples et adaptées aux procédés existants de production des plastiques.

Dans ce contexte, des chimistes du laboratoire Chimie moléculaire, macromoléculaire, matériaux (CNRS/ESPCI/PSL) ont conçu un agent de greffage simple qui permet de revaloriser directement les mélanges de déchets de polyoléfines en matériaux haute performance. Cet agent peut être incorporé dans le mélange par extrusion réactive à des températures de traitement industrielles. Il s’agit d’une molécule cyclique à base d'azidotriazine et qui contient plusieurs doubles liaisons et atomes d’azote. Lorsqu’elle est chauffée, elle se décompose et conduit à une éventail complexe de réactions de greffage, d'oligomérisation et de réticulation avec la formation de liaisons azote-azote.

Dans les mélanges de polyoléfines par extrusion réactive, cette combinaison de réactions conduit à la formation d’une phase amorphe nanostructurée intimement liée aux deux polymères qui se localise aux interfaces. Ces nanostructures agissent comme une colle qui renforce le matériau dont la ductilité est nettement améliorée par rapport aux mélanges non traités. La stabilité à haute température et la recyclabilité mécanique des mélanges ainsi traités est également excellente. L’originalité de ce traitement repose sur la formation aux interfaces de liaisons azote-azote qui sont thermomécaniquement réversibles, ce qui permet d’allier résistance et ductilité à la fluidité à haute température, nécessaire pour la refonte et le recyclage des mélanges traités. L’équipe illustre la portée de cette chimie, publiée dans le Journal of the American Chemical Society, en l'appliquant à différents mélanges modèles ainsi qu'à des déchets de polyoléfines.