Le dioxyde de carbone comme réactif dans la carbonatation de polymères et copolymères époxydés : du procédé en batch à l'extrusion réactive

Carbon dioxide as reagent for the carbonatation of epoxidized polymers and copolymers : from batch process to reactive extrusion

• Auteur / Autrice : Bruno Guerdener
• Direction : Yvan Chalamet, Véronique Dufaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 12/12/2023
• Etablissement(s) : Saint-Etienne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Rozès
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Etienne Grau, Jean Raynaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Burel, Jean-Marie Raquez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fonctionnalisation chimique

Extrusion réactive

Composites polymères

Dioxyde de carbone

Mots clés libres

Carbonatation

Dioxyde de carbone

Carbonate cyclique

Époxyde

Polymère

Extrusion réactive

Fonctionnalisation

Carbonatation

Carbon dioxide

Cyclic carbonate

Epoxy

Polymer

Responsive extrusion

Functionalization

Résumé

L'objectif de ce projet est de développer des matériaux polymères par extrusion réactive avec des fonctionnalités modulaires en mettant en œuvre une chimie durable basée sur l'utilisation du dioxyde de carbone comme source de carbone.Le cœur de l'étude est d'introduire des fonctions carbonates cycliques à partir du CO2, via des réactions de carbonatation, sur des polymères industriels pour modifier leurs caractéristiques physico-chimiques telles que leur polarité, leur cristallinité, et leur réactivité sans limiter leur recyclabilité. Le défi du projet est d'appliquer de telles modifications chimiques sur les polyoléfines dans une extrudeuse en une seule étape en traitant le système réactif sous haute pression de dioxyde de carbone.Au cours de cette thèse, trois axes de recherche ont pu être explorés. Le premier axe est la carbonatation de polymères industriels contenant des groupes pendants époxydes en utilisant le CO2 comme réactif et des sels d’ammonium comme catalyseurs organiques. La transposition de cette modification en procédé batch vers un procédé d’extrusion réactive a particulièrement été étudiée. Le deuxième axe est la carbonatation oxydante de polyoléfines insaturées en deux étapes en réacteur batch en utilisant des péracides et le CO2 comme réactifs, et des sels d’ammonium comme catalyseurs organiques. Enfin, le troisième axe est la valorisation de ces polymères carbonatés comme intermédiaires pour la synthèse de polyuréthanes sans isocyanate et comme agents compatibilisants pour des mélanges polyéthylène/polycarbonate.

The aim of this project is to develop polymer materials harnessing reactive extrusion with modular functionalities by implementing sustainable chemistry based on the use of carbon dioxide as a carbon source.The core of the study is to introduce cyclic carbonate functions from CO2, via carbonatation reactions, on industrial polymers to modify their physico-chemical characteristics such as polarity, crystallinity, and reactivity without limiting their recyclability. The project's challenge is to apply such chemical modifications to polyolefins in a single-step reactive extrusion process by treating the reactive system under high carbon dioxide pressure.During this thesis, three axes of research were explored. The first is the carbonatation of industrial polymers containing epoxy pendant groups using CO2 as reagent and ammonium salts as organocatalysts. The transposition of this modification from a batch process to reactive extrusion was particularly studied. The second axe is the oxidative carbonatation of unsaturated polyolefins in two steps in a batch reactor using peracids and CO2 as reagents, and ammonium salts as organocatalysts. Finally, the last axis is the valorization of these carbonated polymers as intermediates for the synthesis of isocyanate-free polyurethanes and as compatibilizing agents for polyethylene/polycarbonate blends.