Conversion de catalyseurs d'oxydes de carbone en nouveaux matériaux polymères

Abstract

Plusieurs complexes de salphen à base de métaux transition (Cr, Co, Fe) ont été synthétisés et utilisés comme catalyseurs pour la copolymérisation d’époxydes avec du monoxyde de carbone (CO), des anhydrides ou du dioxyde de carbone (CO2). De nouveaux complexes à base de Zn, Al, Mg ont également été testés pour la copolymérisation d’époxydes avec CO2.La partie première s’intéresse principalement à la copolymérisation d’oxyde de propylène avec du monoxyde de carbone. Le complexe salphen de chrome et Co2(CO)8 ont été utilisées comme catalyseurs. Quel que soit le complexe utilisé, il a été observé une faible activité et les produits de carbonylation attendus (polyester et lactone) ont été obtenus en faible quantité. En revanche, la combinaison in-situ de ces deux catalyseurs a montré une activité supérieure. Cela a conduit à la formation de la lactone cyclique (β-butyrolactone) et de poly(ester-co-éther) de faible masse molaire, ce qui marque une faible compatibilité de ces complexes.La partie suivante traite de la copolymérisation d’époxydes avec des anhydrides catalysée par des complexes de salphen à base de chrome et fer ou d’une base organique simple. Les complexes utilisés sans co-catalyseur ont été inactifs, mais la combinaison avec la base organique (PPNCl) comme co-catalyseur a conduit à la copolymérisation alternée des deux monomères, produisant des polyesters avec des masses molaires jusqu’ à 10 kg.mol-1 et une faible dispersité. PPNCl s’est révélée être la base la plus efficace pour la copolymérisation alternée des époxydes et des anhydrides. Les bases organiques simples utilisées seules ont aussi permis l’obtention de polyesters, mais avec des temps de polymérisation cinq fois plus longs.Enfin, la troisième partie présente la copolymérisation des époxydes avec CO2 en présence de complexes salphen de Cr ou de Co. Les complexes salphen cobalt ont été significativement plus efficaces pour la copolymérisation de l’oxyde de propylène (PO) ou de l’oxyde de cyclohexène (CHO) avec CO2 que leurs homologues à base de chrome. Les polycarbonates obtenus avec les complexes de cobalt ont plus de 99% d’unités carbonate, des masses molaires allant de 10 à 35 kg.mol-1 et une faible dispersité. Les études cinétiques ont permis de montrer que la polymérisation est contrôlée. Des analyses par spectrométrie de masse MALDI-TOF ont permis de vérifier la microstructure et le mécanisme d’activation. Toutefois, pour la copolymérisation de PO avec CO2, les complexes salphen cobalt ont une activité plus faible (100-450 h-1) ainsi qu’une sélectivité en polycarbonate moindre (40-90%) que les complexes salen cobalt. Une sélectivité de 100% vers la synthèse de polycarbonate a néanmoins pu être obtenue lors de la copolymérisation de CHO avec CO2. Enfin, les complexes β-diminate, ketiminate et aminidate d’Al, Zn et Mg utilisés pour la copolymérisation d’époxydes avec CO2 se sont révélés décevants car présentant une activité très faible et seuls des homopolyéthers ont été obtenus.