Une meilleure façon de fabriquer de l'acrylique

8 février 2019 | Kim Krieger - Communications UConn

Des chercheurs d'UConn et d'ExxonMobil décrivent un nouveau procédé de fabrication d'acryliques qui augmenterait l'efficacité énergétique et réduirait les sous-produits toxiques.

Les acryliques et les acrylates étroitement apparentés sont les éléments constitutifs de nombreux types de plastiques, colles, textiles, colorants, peintures et papiers. Aujourd'hui, des chercheurs d'UConn et d'ExxonMobil décrivent un nouveau procédé de fabrication d'acryliques qui augmenterait l'efficacité énergétique et réduirait les sous-produits toxiques. (Getty Images)

Les acryliques sont une famille de produits chimiques incroyablement diversifiée et utile utilisée dans toutes sortes de produits, des couches au vernis à ongles. Maintenant, une équipe de chercheurs d'UConn et d'ExxonMobil décrit un nouveau processus pour les fabriquer. La nouvelle méthode augmenterait l'efficacité énergétique et réduirait les sous-produits toxiques, rapportent-ils dans le numéro du 8 février de Nature Communications.

Le marché mondial de l'acide acrylique est énorme. Le monde en a utilisé près de 5 millions de tonnes métriques en 2013, selon le groupe industriel PetroChemicals Europe. Et ce n'est pas étonnant, car les acryliques et les acrylates étroitement apparentés sont les éléments constitutifs de nombreux types de plastiques, colles, textiles, colorants, peintures et papiers. Enchaînés en longues chaînes, ils peuvent fabriquer toutes sortes de matériaux utiles. L'acrylate mélangé à de l'hydroxyde de sodium, par exemple, constitue un matériau super absorbant utilisé dans les couches. Ajoutez des groupes méthyle supplémentaires (carbone plus trois hydrogènes) et l'acrylate produit du plexiglas.

Les procédés industriels actuels de fabrication d'acryliques nécessitent des températures élevées proches de 450 F et produisent des sous-produits indésirables et parfois nocifs, tels que l'éthylène, le dioxyde de carbone et le cyanure d'hydrogène.

Le chimiste UConn Steve Suib, directeur de l'Institut universitaire des sciences des matériaux, et ses collègues d'UConn et d'ExxonMobil ont conçu une nouvelle façon de fabriquer des acryliques à des températures douces. Leur technique peut être finement réglée pour éviter de produire des produits chimiques indésirables.

"Les scientifiques d'ExxonMobil Research & Engineering, en partenariat avec le groupe du professeur Suib à UConn, ont testé de nouvelles technologies capables de réduire l'intensité énergétique, de sauter des étapes, d'améliorer l'efficacité énergétique et de réduire l'empreinte carbone dans le processus de production d'acryliques", déclare Partha Nandi, chimiste chez ExxonMobil. "La récente publication dans Nature Communications décrit la découverte d'une nouvelle voie pour produire une classe de dérivés d'acrylate en potentiellement moins d'étapes et avec moins d'énergie."

La technique utilise un catalyseur poreux composé de manganèse et d'oxygène. Les catalyseurs sont des matériaux utilisés pour accélérer les réactions. Souvent, ils fournissent une surface sur laquelle les molécules peuvent s'asseoir pendant qu'elles réagissent les unes avec les autres, les aidant à se rencontrer dans les bonnes configurations pour faire l'acte. Dans ce cas, les pores remplissent ce rôle. Les pores ont une largeur de 20 à 500 angströms, suffisamment grands pour que des molécules assez grosses puissent s'y loger. Les atomes de manganèse contenus dans le matériau peuvent échanger leurs électrons avec des oxygènes proches, ce qui facilite la réalisation des bonnes réactions chimiques. Selon les ingrédients de départ, le catalyseur peut faciliter tous les différents types d'acryliques et d'acrylates, avec très peu de déchets, explique Suib.

"Nous espérons que cela pourra être étendu", dit-il. "Nous voulons maximiser le rendement, minimiser la température et fabriquer un catalyseur encore plus actif", ce qui accélérera la réaction. Le groupe a également découvert que l'ajout d'un peu de lithium aidait également à accélérer les choses. Ils étudient actuellement le rôle exact du lithium et expérimentent des moyens d'améliorer le catalyseur de manganèse et d'oxygène.

Cette recherche a été financée par le Département américain de l'énergie, Bureau des sciences énergétiques fondamentales, Division des sciences chimiques, biologiques et géologiques sous la subvention DE-FG02-86ER13622.A000, ainsi qu'ExxonMobil.