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Synthèse de polymères biosourcés : des huiles végétales vers de nouveaux building blocks

Sylvain Caillol, Directeur de la Chaire ChemSuD, Institut Charles Gerhardt UMR 5253 Institut Charles Gerhardt, UMR 5253 CNRS, Ecole Nationale Supérieure de Chimie, 8 Rue de l’Ecole Normale, 34296 Montpellier

par Salmon Jean-Baptiste - publié le , mis à jour le

A l ??heure actuelle, les industriels de la chimie doivent réagir à plusieurs contraintes pour la pérennité de leurs activités. Ainsi, ils doivent assurer la disponibilité à des prix utilisables pour leurs applications de leurs matières premières, anticipant l ??épuisement des matières premières issues de ressources fossiles qui s ??accompagne d ??une forte volatilité des prix. Un des enjeux pour l ??industrie est donc de trouver de nouvelles matières premières renouvelables, non pétrolières, utilisables dans l ??industrie chimique. De plus, une des contraintes de l ??industrie est liée à l ??ensemble des pressions exercées par la société civile et la sphère règlementaire. En effet, les clients de l ??industrie chimique sont à la recherche de produits plus respectueux de l ??environnement, d ??origine renouvelable afin de répondre aux attentes des clients finaux et de se conformer à une réglementation accrue dans le domaine (l ??industrie chimique, à travers l ??Union des Industrie Chimiques (UIC), s ??est fixé des objectifs ambitieux de substitution : d ??ici 2017, 15% des matières premières utilisées par la chimie seront d ??origine renouvelable, contre 5% à l ??heure actuelle). Ainsi, orienter une chimie sur l ??utilisation des ressources renouvelables c ??est lui donner deux grandes missions : remplacer des ressources fossiles par des ressources renouvelables afin de limiter la contrainte qui pèse sur le pétrole ; remplacer des substances toxiques, préoccupantes pour l ??homme. En effet, il ne suffit pas de se contenter de synthétiser des molécules biosourcées à l ??identique (on conserve l ??éventuelle toxicité) mais d ??envisager également de substituer des propriétés d ??un matériau classique par des propriétés identiques (voire améliorées) avec de nouveaux matériaux issus de ressources renouvelables. Pour cela, de nouveaux synthons biosourcés sont nécessaires.

Les polymères sont largement répandus, ainsi avec une consommation d ??environ 14Mt en 2006 (6ème rang mondial), les polyuréthanes couvrent par exemple de nombreux domaines de la vie courante, notamment l ??isolation thermique ou les revêtements. Ils sont traditionnellement obtenus par réaction d ??un diisocyanate et d ??un oligomère polyol. Alors que l’isocyanate est quasi exclusivement dérivé de matières premières pétrochimiques, le polyol peut être issu de ressources naturelles, comme les huiles végétales modifiées chimiquement. Cependant, le MDI et le TDI sont des CMR (MDI à l ??annexe XVII de Reach) et doivent aussi être remplacés. Ainsi nos travaux se sont attachés à la valorisation des huiles végétales pour élaborer des building blocks biosourcés pour l ??élaboration de polyuréthanes biosourcés sans isocyanates.

Notre équipe a notamment employé des thiols porteurs de fonctions amine ou hydroxyle afin de fonctionnaliser les huiles végétales. Nous avons étudié l ??impact de la composition des huiles, du ratio thiol/huile végétale, de la température et de l ??intensité de l ??irradiation dans le cas de réactions thermiques et photochimiques sur le taux de conversion des doubles liaisons en thioéthers. A partir des synthons obtenus, nous avons emprunté deux voies pour la synthèse des polyuréthanes : les polyols synthétisés ont été introduits dans des formulations standards menant à un polymère partiellement agro-ressourcé. Nous avons également synthétisé des dicyclocarbonates qui, combinés aux polyamines agro-ressourcées, permettent la synthèse de polyuréthanes sans isocyanate. Cette méthode est d ??autant plus intéressante que les cyclocarbonates peuvent être obtenus par fonctionnalisation du glycérol, sous-produit important de la synthèse de biodiesel. Dans les deux cas, les polyuréthanes ont été caractérisés par différentes analyses physico-chimiques.