FR3168221A1 - Process for functionalizing polyolefins by reactive extrusion - Google Patents
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Abstract
Procédé pour fonctionnaliser des polyoléfines par extrusion réactive L’invention concerne un procédé de préparation d’au moins une polyoléfine fonctionnalisée (I) par extrusion réactive, sous des conditions inertes ou des conditions non inertes. L’invention concerne également une polyoléfine fonctionnalisée par des groupes oximes (I-A), ainsi qu’une polyoléfine fonctionnalisée par des groupes carbonyles (I-B) obtenus conformément au procédé selon l’invention. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Method for Functionalizing Polyolefins by Reactive Extrusion The invention relates to a method for preparing at least one functionalized polyolefin (I) by reactive extrusion, under inert or non-inert conditions. The invention also relates to a polyolefin functionalized with oxime groups (I-A), as well as a polyolefin functionalized with carbonyl groups (I-B) obtained according to the method of the invention. Figure for abstract: Fig. 1
Description
Arrière-plan de l’inventionBackground of the invention
L’invention concerne un procédé permettant de fonctionnaliser des polyoléfines par extrusion réactive via l’introduction de groupes oximes ou carbonyles.The invention relates to a process for functionalizing polyolefins by reactive extrusion via the introduction of oxime or carbonyl groups.
Objet et résumé de l’inventionObject and summary of the invention
A l’heure actuelle, la pollution par des déchets plastiques ne cesse d’augmenter et est donc devenue une problématique majeure. En effet, cette source de pollution a notamment des effets nuisibles dans les cours d’eau, les mers et les océans, et sur les animaux marins.Currently, plastic pollution is constantly increasing and has therefore become a major problem. Indeed, this source of pollution has particularly harmful effects on waterways, seas and oceans, and on marine animals.
Environ un tiers des plastiques produits sont des polyoléfines. Ces déchets plastiques sont en général à base de polymères conçus pour être résistants, tant d’un point de vue mécanique que d’un point de vue chimique. Leur recyclage et leur valorisation sont de ce fait difficiles.Approximately one-third of the plastics produced are polyolefins. This plastic waste is generally made from polymers designed to be resistant, both mechanically and chemically. Their recycling and recovery are therefore difficult.
De nos jours, les déchets plastiques sont souvent soit mis en décharge, soit incinérés, soit recyclés mécaniquement. La mise en décharge comporte le risque de disséminer les plastiques les plus légers en raison du vent. L’incinération présente l’inconvénient de libérer des produits toxiques, notamment des gaz à effet de serre. A titre d’exemple, du HCl est libéré lors de la combustion du PVC. Il est donc nécessaire de trouver des alternatives pour recycler les déchets plastiques en boucle fermée ou bien de les « sur-cycler », c’est à dire de les valoriser en plus petites molécules à valeur ajoutée.Nowadays, plastic waste is often either landfilled, incinerated, or mechanically recycled. Landfilling carries the risk of dispersing lighter plastics due to wind. Incineration has the disadvantage of releasing toxic products, including greenhouse gases. For example, HCl is released when PVC is burned. It is therefore necessary to find alternatives for closed-loop recycling of plastic waste or to "upcycle" it, that is, to transform it into smaller, more valuable molecules.
Actuellement, le recyclage des plastiques est principalement mécanique : le polymère est extrudé afin d’être réutilisé. L’inconvénient associé à un tel procédé est que le polymère se dégrade au fur et à mesure des extrusions répétées, ce qui conduit notamment à une baisse de ses propriétés mécaniques. Par conséquent, le polymère ne peut plus être réutilisé au bout d’un certain nombre d’extrusions. De plus, les plastiques souillés sont très difficiles à recycler ainsi.Currently, plastic recycling is primarily mechanical: the polymer is extruded for reuse. The drawback of this process is that the polymer degrades with repeated extrusions, leading to a decrease in its mechanical properties. Consequently, the polymer can no longer be reused after a certain number of extrusions. Furthermore, contaminated plastics are very difficult to recycle in this way.
Une autre solution fait l’objet de recherches à l’heure actuelle : la dégradation chimique ou enzymatique des polymères.Another solution currently being researched is the chemical or enzymatic degradation of polymers.
Pour ce qui est de la dégradation enzymatique des polymères, on peut notamment citer la dégradation enzymatique du PET (Nature, vol. 580 (2020), 216-219). Cette méthode permet, en 10 h et grâce à des enzymes, de dépolymériser au moins 90% du PET en monomères qui peuvent ensuite être réemployés pour synthétiser de nouveau du PET par exemple. Si cette solution semble efficace, elle n’est applicable qu’au PET, et non aux polyoléfines qui ne contiennent que des chaînes hydrocarbonées moins réactives que les fonctions esters du PET.Regarding the enzymatic degradation of polymers, one notable example is the enzymatic degradation of PET (Nature, vol. 580 (2020), 216-219). This method, using enzymes, allows for the depolymerization of at least 90% of PET into monomers within 10 hours. These monomers can then be reused, for example, to synthesize new PET. While this solution appears effective, it is only applicable to PET, and not to polyolefins, which contain only hydrocarbon chains that are less reactive than the ester groups of PET.
Pour ce qui est de la dégradation chimique, une voie largement étudiée est l’introduction de groupes polaires, et en particulier de groupes esters via une oxydation préalable du polymère parent introduisant des fonctions carbonyles ou hydroxyles, suivie d’une réaction de Baeyer-Villiger. Cependant, l’étape préliminaire n’est pas bien contrôlée car elle n’est pas sélective.Regarding chemical degradation, a widely studied pathway is the introduction of polar groups, and in particular ester groups, via prior oxidation of the parent polymer introducing carbonyl or hydroxyl groups, followed by a Baeyer-Villiger reaction. However, the preliminary step is not well controlled because it is not selective.
Une autre méthode a été rapportée par Conk et al. (Science, 377, 1561-1566, 2022), qui décrit la production de propylène par déshydrogénation partielle du polyéthylène et éthanolyse-isomérisation tandem. Cette méthode est particulièrement intéressante puisqu’elle permet d’obtenir des produits hautement valorisables. Cependant, cette méthode implique l’emploi de catalyseurs onéreux : complexe d’iridium ou de platine et zinc pour la déshydrogénation du polyéthylène, et catalyseur de métathèse d’Hoveyda-Grubbs de seconde génération et [PdP(t-Bu)3(µ-Br)]2 pour l’isomérisation. De plus, un chauffage et une pression élevée sont nécessaires.Another method was reported by Conk et al. (Science, 377, 1561-1566, 2022), which describes the production of propylene by partial dehydrogenation of polyethylene and tandem ethanolyse-isomerization. This method is particularly interesting because it yields highly valuable products. However, this method requires the use of expensive catalysts: iridium or platinum-zinc complexes for polyethylene dehydrogenation, and a second-generation Hoveyda-Grubbs metathesis catalyst and [PdP(t-Bu)3(µ-Br)]2 for isomerization. Furthermore, high heating and pressure are required.
Le Demandeur a donc cherché une méthode alternative facile de mise en œuvre, pour le recyclage et la valorisation des polyoléfines. Dans un premier temps, le Demandeur s’est plus particulièrement intéressé à la fonctionnalisation de ces polyoléfines par des groupes oximes, dans l’optique d’utiliser la réactivité particulière de ces fonctions oximes pour valoriser ces polyoléfines. En effet, comme cela est notamment explicité dans le document Rykaczewski et al. (Nature Synthesis, 2022, vol. 1, 24-36), les fonctions oximes ont une réactivité vis-à-vis des métaux de transition et la photocatalyse telle qu’ils constituent des réactifs de choix pour la synthèse d’hétérocycles azotés, d’amino alcools et d’amines notamment.The Applicant therefore sought an easy-to-implement alternative method for recycling and valorizing polyolefins. Initially, the Applicant focused particularly on functionalizing these polyolefins with oxime groups, with the aim of utilizing the specific reactivity of these oxime groups to valorize the polyolefins. Indeed, as explained in the document by Rykaczewski et al. (Nature Synthesis, 2022, vol. 1, 24-36), oxime groups exhibit such reactivity towards transition metals and photocatalysis that they constitute reagents of choice for the synthesis of nitrogen heterocycles, amino alcohols, and amines, among others.
Afin d’introduire les fonctions oximes dans des polyoléfines, le Demandeur a cherché un procédé facile de mise en œuvre, et efficace. Avantageusement, le procédé doit être reproductible. Avantageusement, le procédé doit pouvoir être utilisé avec diverses polyoléfines, et notamment différents grades de polyéthylène, de polypropylène, et/ou de copolymère éthylène-propylène, éventuellement hydroxylés en position terminale.In order to introduce oxime groups into polyolefins, the Applicant sought a method that was easy to implement and efficient. Advantageously, the method should be reproducible. Advantageously, the method should be usable with various polyolefins, and in particular different grades of polyethylene, polypropylene, and/or ethylene-propylene copolymer, possibly hydroxylated at the terminal position.
La transformation photochimique permettant l’introduction d’une fonction oxime sur un alcane a notamment été étudiée pour la synthèse de caprolactame qui est un précurseur du Nylon-6. Par exemple, le procédé Toray (US 3,090,739) implique la préparation de cyclohexanone oxime par introduction d’unité oxime dans du cyclohexane par voie photochimique à l’aide de NOCl et HCl sous UV (lampe de vapeur de mercure). La cyclohexanone oxime est ensuite transformée en caprolactame dans des conditions acides. Ce procédé présente l’inconvénient d’utiliser NOCl et HCl qui sont corrosifs. Afin de pallier ce problème, l’emploi de réactifs alternatifs moins corrosifs a été étudié. En particulier, il a été rapporté, notamment dans le document Wysocki et al. (ChemPhotoChem, 2018, 2, 22-26), la transformation photochimique du cyclohexane en cyclohexanone oxime à l’aide de tert-butyl nitrite (t-BuONO) et irradiation UV.The photochemical transformation allowing the introduction of an oxime group onto an alkane has been studied, notably for the synthesis of caprolactam, a precursor of Nylon-6. For example, the Toray process (US 3,090,739) involves the preparation of cyclohexanone oxime by photochemically introducing oxime units into cyclohexane using NOCl and HCl under UV light (mercury vapor lamp). The cyclohexanone oxime is then transformed into caprolactam under acidic conditions. This process has the drawback of using corrosive NOCl and HCl. To overcome this problem, the use of less corrosive alternative reagents has been investigated. In particular, it has been reported, notably in the document Wysocki et al. (ChemPhotoChem, 2018, 2, 22-26), the photochemical transformation of cyclohexane into cyclohexanone oxime using tert-butyl nitrite (t-BuONO) and UV irradiation.
De plus, le Demandeur a décrit dans la demande de brevet PCT/FR2024/050991 l’introduction de fonctions oximes dans des polyoléfines, suivie d’une réaction de post-fonctionnalisation. La fonction oxime est avantageusement introduite sous irradiation grâce à l’emploi d’un agent de nitrosation. Ensuite, il est possible de faire réagir les fonctions oximes présentes sur la polyoléfine fonctionnalisée avec de groupes oximes, afin d’obtenir une grande variété de composés. Cette méthode présente l’avantage d’être simple de mise en œuvre et versatile.Furthermore, the Applicant described in patent application PCT/FR2024/050991 the introduction of oxime groups into polyolefins, followed by a post-functionalization reaction. The oxime group is advantageously introduced under irradiation using a nitrosating agent. Subsequently, the oxime groups present on the functionalized polyolefin can be reacted with other oxime groups to obtain a wide variety of compounds. This method has the advantage of being simple to implement and versatile.
D’autres méthodes pour fonctionnaliser des polyoléfines avec divers groupes fonctionnels, et notamment des fonctions oximes, carbonyles et amides, ont par ailleurs été décrites dans Baur et al. (Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202310990), Lu et al. (Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202410849), et Shi et al. (J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 21527-21537). Les procédés d’obtention sont complexes et/ou nécessitent plusieurs étapes et/ou nécessitent des réactifs et/ou catalyseurs onéreux. Ces procédés sont donc difficilement transposables à une échelle industrielle.Other methods for functionalizing polyolefins with various functional groups, including oximes, carbonyls, and amides, have been described in Baur et al. (Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202310990), Lu et al. (Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202410849), and Shi et al. (J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 21527–21537). The processes involved are complex and/or require multiple steps and/or expensive reagents and/or catalysts. Therefore, these processes are difficult to scale up to an industrial level.
Le Demandeur a poursuivi ses recherches, et a cherché à développer de nouvelles méthodes pour fonctionnaliser les polyoléfines afin de les valoriser, qui soient simples et efficaces de mise en œuvre, de préférence transposables à l’échelle industrielle, et qui permettent d’obtenir une grande variété de composés. C’est dans ce contexte que le Demandeur s’est intéressée à l’extrusion réactive. A ce jour, le Demandeur n’a pas connaissance de documents décrivant l’introduction de fonctions dans des polyoléfines par extrusion réactive. Le Demandeur a donc développé un travail de recherche afin de déterminer et mettre au point une fonctionnalisation de polyoléfines par extrusion réactive.The Applicant continued its research, seeking to develop new methods for functionalizing polyolefins to enhance their value. These methods should be simple and efficient to implement, preferably scalable to industrial production, and capable of yielding a wide variety of compounds. It was in this context that the Applicant became interested in reactive extrusion. To date, the Applicant is unaware of any documents describing the introduction of functionalities into polyolefins by reactive extrusion. The Applicant therefore undertook a research project to identify and develop a method for functionalizing polyolefins using reactive extrusion.
Plus particulièrement, l’invention concerne de préparation d’au moins une polyoléfine fonctionnalisée (I) comprenant, de préférence consistant en, les étapes suivantes :
1) disposer d’au moins une polyoléfine de formule II :
(II)
avec :
- R1 représentant un groupe méthyle, éthyle ou n-butyle,
- R2 représentant H, CH3ou OH,
- n représentant un nombre entier allant de 0 à 100000,
- m représentant un nombre entier allant de 0 à 100000, et
- n + m ≠ 0, et
2) faire réagir l’au moins une polyoléfine II avec au moins un agent de nitrosation III dans une extrudeuse.More particularly, the invention relates to the preparation of at least one functionalized polyolefin (I) comprising, preferably consisting of, the following steps:
1) have at least one polyolefin of formula II:
(II)
with :
- R1 representing a methyl, ethyl or n-butyl group,
- R2 representing H, CH3 or OH,
- n representing an integer ranging from 0 to 100000,
- m representing an integer ranging from 0 to 100000, and
- n + m ≠ 0, and
2) react at least one polyolefin II with at least one nitrosating agent III in an extruder.
Ce procédé de préparation présente l’avantage d’être simple de mise en œuvre, et de ne pas nécessiter l’emploi de réactifs corrosifs ou toxiques. La polyoléfine fonctionnalisée ainsi obtenue ne nécessite pas d’étape de purification. Le procédé selon l’invention permet en outre d’obtenir une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes ou avec des groupes carbonyles, selon les conditions opératoires choisies.This preparation process has the advantage of being simple to implement and does not require the use of corrosive or toxic reagents. The functionalized polyolefin thus obtained does not require a purification step. Furthermore, the process according to the invention makes it possible to obtain a polyolefin functionalized with oxime groups or with carbonyl groups, depending on the operating conditions chosen.
Le procédé de préparation selon l’invention présente l’une ou l’autre des caractéristiques suivantes, ou une combinaison de celles-ci :
- l’au moins un agent de nitrosation III est choisi parmi :
(III-A),(III-B),(III-C), et leurs mélanges,
avec :
- R4 et R5 étant identiques ou différents et représentant indépendamment l’un de l’autre un groupe choisi parmi (C1-C6)alkyle, N[(C1-C6)alkyle]3, CO[(C1-C6)alkyle], SO2Ph, CO-Ph-CF3,
- ou R4 et R5 formant ensemble un groupe (C5-C10) cycloalkylène éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes (C1-C6) alkyle linéaire ou ramifié, ou un groupe -SO2-Ph-C(CH3)2-, ou un groupe -CO-Ph-CO-,
- R6 représentant un groupe phtalimide ou un groupe (C1-C6)alkyle linéaire ou ramifié, et
- R7 représentant un groupe aromatique ou hétéroaromatique éventuellement perfluoré ;
- l’au moins un agent de nitrosation est choisi parmi :
(III-1),(III-2),
(III-3),(III-4),(III-5),(III-6),(III-7),(III-8),(III-9), et leurs mélanges ;
- le ratio molaire agent(s) de nitrosation III / unités de répétition de polyoléfine(s) II va de 0,01 à 2, de préférence de 0,1 à 0,5 ;
- l’au moins une polyoléfine II est choisie parmi le polyéthylène, le polypropylène éventuellement hydroxylé en position terminale, un copolymère éthylène-propylène éventuellement hydroxylés en position terminale, et leurs mélanges ;
- à l’étape 2), la température au sein de l’extrudeuse est supérieure ou égale à la température de fusion de l’au moins une polyoléfine II, et inférieure à la température de dégradation de l’au moins un agent de nitrosation III ;
- l’étape 2) est réalisée dans des conditions inertes, afin d’obtenir au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A ;
- le procédé comprend en outre une étape 3) subséquente à l’étape 2), ladite étape 3) consistant à faire réagir les groupes oximes présents dans l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A ;
- l’étape 3) comprend la réaction d’au moins un chlorure d’acide avec les groupes oximes de l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A ;
- l’étape 3) comprend un réarrangement de Beckmann ;
- l’étape 3) comprend une réaction d’hydrolyse en milieu acide, subséquente au réarrangement de Beckmann ;
- l’étape 3) comprend la réduction des groupes oximes de l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A ;
- l’étape 3) comprend la réaction d’au moins un isocyanate avec les groupes oximes de l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A ;
- l’étape 3) comprend une réaction de greffage de chaînes polymériques, telles que des chaînes polyéthylèneglycol ou polycaprolactone ;
- l’étape 3) comprend une réaction d’hydrolyse en milieu acide de l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A, afin d’obtenir au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B ;
- l’étape 2) est réalisée en présence d’air, afin d’obtenir au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B ;
- le procédé comprend une étape 4), ultérieure à l’étape 2) et ultérieure à l’étape 3) lorsque celle-ci est effectuée, consistant à faire réagir les groupes carbonyles présents dans l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B ;
- l’étape 4) comprend une réaction de Baeyer-Villiger ; et
- l’étape 4) comprend une réaction de Baeyer-Villiger suivie d’une réaction de méthanolyse.The preparation process according to the invention has one or more of the following characteristics:
- at least one nitrosation agent III is chosen from:
(III-A), (III-B), (III-C), and their mixtures,
with :
- R4 and R5 being identical or different and independently representing a group chosen from (C1-C6)alkyl, N[(C1-C6)alkyl] 3 , CO[(C1-C6)alkyl], SO 2 Ph, CO-Ph-CF 3 ,
- or R4 and R5 together forming a (C5-C10) cycloalkylene group possibly substituted by one or more (C1-C6) linear or branched alkyl groups, or a -SO 2 -Ph-C(CH 3 ) 2 - group, or a -CO-Ph-CO- group,
- R6 representing a phthalimide group or a linear or branched (C1-C6)alkyl group, and
- R7 representing an aromatic or heteroaromatic group possibly perfluorinated;
- at least one nitrosating agent is chosen from:
(III-1), (III-2),
(III-3), (III-4), (III-5), (III-6), (III-7), (III-8), (III-9), and their mixtures;
- the molar ratio of nitrosating agent(s) III / repeat units of polyolefin(s) II ranges from 0.01 to 2, preferably from 0.1 to 0.5;
- at least one polyolefin II is chosen from polyethylene, polypropylene possibly hydroxylated in the terminal position, an ethylene-propylene copolymer possibly hydroxylated in the terminal position, and mixtures thereof;
- in step 2), the temperature within the extruder is greater than or equal to the melting temperature of at least one polyolefin II, and less than the degradation temperature of at least one nitrosating agent III;
- step 2) is carried out under inert conditions, in order to obtain at least one polyolefin functionalized with IA oxime groups;
- the process further includes a step 3) subsequent to step 2), said step 3) consisting of reacting the oxime groups present in at least one polyolefin functionalized with IA oxime groups;
- step 3) includes the reaction of at least one acid chloride with the oxime groups of at least one polyolefin functionalized with IA oxime groups;
- step 3) includes a Beckmann rearrangement;
- step 3) includes an acid hydrolysis reaction, subsequent to the Beckmann rearrangement;
- step 3) includes the reduction of oxime groups of at least one polyolefin functionalized with IA oxime groups;
- step 3) includes the reaction of at least one isocyanate with the oxime groups of at least one polyolefin functionalized with IA oxime groups;
- step 3) includes a polymer chain grafting reaction, such as polyethylene glycol or polycaprolactone chains;
- step 3) includes an acid hydrolysis reaction of at least one polyolefin functionalized with oxime groups IA, in order to obtain at least one polyolefin functionalized with carbonyl groups IB;
- step 2) is carried out in the presence of air, in order to obtain at least one polyolefin functionalized with carbonyl groups IB;
- the process includes a step 4), subsequent to step 2) and subsequent to step 3) when the latter is carried out, consisting of reacting the carbonyl groups present in at least one functionalized polyolefin with carbonyl groups IB;
- step 4) includes a Baeyer-Villiger reaction; and
- step 4) includes a Baeyer-Villiger reaction followed by a methanolysis reaction.
L’invention concerne encore une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes obtenue conformément au procédé selon l’invention, ainsi qu’une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles obtenue conformément au procédé selon l’invention. Les polyoléfines fonctionnalisées obtenues conformément aux procédés selon l’invention présentent l’avantage d’être pures ou presque pures et de nécessiter peu ou pas de purification, et/ou de pouvoir être obtenues sous différentes formes physiques (filament, granulés…), et/ou de pouvoir être directement mises en forme.The invention further relates to a polyolefin functionalized with oxime groups obtained according to the process of the invention, as well as a polyolefin functionalized with carbonyl groups obtained according to the process of the invention. The functionalized polyolefins obtained according to the processes of the invention have the advantage of being pure or nearly pure and requiring little or no purification, and/or of being obtainable in various physical forms (filaments, granules, etc.), and/or of being directly moldable.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif.Other features and advantages of the present invention will become apparent from the description given below, with reference to the attached drawings which illustrate an example of its embodiment without any limiting character.
L’invention concerne un procédé de préparation par extrusion réactive d’au moins une polyoléfine fonctionnalisée I à partir d’au moins une polyoléfine II. Plus précisément, le procédé comprend, de préférence consiste en, les étapes suivantes :
1) disposer d’au moins une polyoléfine II de formule suivante :
[Chem. 1]
(II)
avec :
- R1 représentant un groupe méthyle, éthyle ou n-butyle,
- R2 représentant H, CH3ou OH,
- n représentant un nombre entier allant de 0 à 100000,
- m représentant un nombre entier allant de 0 à 100000, et
- n + m ≠ 0.
2) faire réagir l’au moins une polyoléfine II avec au moins un agent de nitrosation III dans une extrudeuse.The invention relates to a reactive extrusion process for preparing at least one functionalized polyolefin I from at least one polyolefin II. More specifically, the process preferably comprises the following steps:
1) have at least one polyolefin II with the following formula:
[Chem. 1]
(II)
with :
- R1 representing a methyl, ethyl or n-butyl group,
- R2 representing H, CH3 or OH,
- n representing an integer ranging from 0 to 100000,
- m representing an integer ranging from 0 to 100000, and
- n + m ≠ 0.
2) react at least one polyolefin II with at least one nitrosating agent III in an extruder.
Dans le cadre de l’invention, « au moins une polyoléfine II » signifie exactement une polyoléfine II ou un mélange de plusieurs polyoléfines différentes chacune de formule II. Dans ce qui suit et sauf si spécifié autrement, il est fait référence à « la polyoléfine » au lieu de « l’au moins une polyoléfine » pour des raisons de simplicité, mais il est entendu que une ou plusieurs polyoléfines II peuvent être utilisées sans sortir du cadre de l’invention.In the context of the invention, "at least one polyolefin II" means exactly one polyolefin II or a mixture of several different polyolefins, each of formula II. In what follows, and unless otherwise specified, reference is made to "the polyolefin" instead of "the at least one polyolefin" for the sake of simplicity, but it is understood that one or more polyolefins II may be used without departing from the scope of the invention.
Selon un mode de réalisation préféré, la polyoléfine de formule II est telle que R1 représente CH3, R2 représente H, CH3ou OH, n représente un nombre entier allant de 0 à 100000, et m représente un nombre entier allant de 0 à 100000, étant entendu que n et m ne sont pas tous les deux égaux à 0. En d’autres termes selon ce mode de réalisation, la polyoléfine II est soit un homopolymère de l’éthylène ou du propylène, éventuellement hydroxylé en position terminale, soit un copolymère de l’éthylène et/ou du propylène, éventuellement hydroxylé en position terminale.According to a preferred embodiment, the polyolefin of formula II is such that R1 represents CH3 , R2 represents H, CH3 or OH, n represents an integer from 0 to 100000, and m represents an integer from 0 to 100000, it being understood that n and m are not both equal to 0. In other words, according to this embodiment, polyolefin II is either a homopolymer of ethylene or propylene, optionally hydroxylated at the terminal position, or a copolymer of ethylene and/or propylene, optionally hydroxylated at the terminal position.
Selon un premier mode de réalisation, la polyoléfine II est un homopolymère. En d’autres termes, selon ce mode de réalisation, la polyoléfine II est soit du polyéthylène (c’est-à-dire que n=0 et m≠0), soit du polypropylène ou du polybutylène ou du polyhexylène éventuellement hydroxylé en position terminale (c’est-à-dire que m=0 et n≠0, et R1 représente respectivement Me, Et ou Bu).According to a first embodiment, polyolefin II is a homopolymer. In other words, according to this embodiment, polyolefin II is either polyethylene (i.e. n=0 and m≠0), or polypropylene or polybutylene or polyhexylene possibly hydroxylated in the terminal position (i.e. m=0 and n≠0, and R1 represents Me, Et or Bu respectively).
Selon ce premier mode de réalisation, le polyéthylène peut être du polyéthylène basse densité ou du polyéthylène haute densité.According to this first embodiment, the polyethylene can be low-density polyethylene or high-density polyethylene.
Dans le cadre de l’invention, le « polyéthylène basse densité » ou LDPE est produit par polymérisation radicalaire, à des pressions élevées (typiquement de 500 atm à 3000 atm) et à hautes températures (typiquement de 200 °C à 300 °C) (voir les documents Aggarwal et al., Chem. Rev. 1957, 57, 4, 665-742, et Jubinville et al., Sustain. Mater. Technol. 25, 2020, e00188). Ce type de polymérisation génère de nombreuses ramifications, longues et courtes. Celles-ci sont dues à des transferts de chaînes inter et intramoléculaires, respectivement, au cours de la polymérisation. La densité du LDPE va de 0,915 à 0,933 g.cm3.In the context of the invention, "low-density polyethylene" or LDPE is produced by radical polymerization at high pressures (typically from 500 atm to 3000 atm) and high temperatures (typically from 200 °C to 300 °C) (see Aggarwal et al., Chem. Rev. 1957, 57, 4, 665-742, and Jubinville et al., Sustain. Mater. Technol. 25, 2020, e00188). This type of polymerization generates numerous branches, both long and short. These are due to inter- and intramolecular chain transfers, respectively, during polymerization. The density of LDPE ranges from 0.915 to 0.933 g.cm³ .
Dans le cadre de l’invention, la densité des différents polymères peut être déterminée selon la norme ISO 1183-3 :1999.Within the framework of the invention, the density of the different polymers can be determined according to the ISO 1183-3:1999 standard.
Dans le cadre de l’invention, le « polyéthylène haute densité » ou HDPE peut être synthétisé à pression plus réduite (typiquement de 1 atm à 300 atm), par exemple en présence d'un catalyseur métallique Ziegler-Natta (voir les documents Aggarwal et al., Chem. Rev. 1957, 57, 4, 665-742, et Jubinville et al., Sustain. Mater. Technol. 25, 2020, e00188). Ce procédé permet l'obtention d'un polyéthylène linéaire qui contient peu ou pas de ramification. La densité du HDPE va de 0,93 à 0,97 g.cm3.In the context of the invention, "high-density polyethylene" or HDPE can be synthesized at lower pressures (typically from 1 atm to 300 atm), for example in the presence of a Ziegler-Natta metal catalyst (see Aggarwal et al., Chem. Rev. 1957, 57, 4, 665-742, and Jubinville et al., Sustain. Mater. Technol. 25, 2020, e00188). This process yields a linear polyethylene with little or no branching. The density of HDPE ranges from 0.93 to 0.97 g/ cm³ .
Le polyéthylène haute densité (HDPE) et le polyéthylène basse densité (LDPE) diffèrent en raison de leur degré de ramification, et leur taux de cristallinité. Le polyéthylène haute densité est plus cristallin que le polyéthylène basse densité.High-density polyethylene (HDPE) and low-density polyethylene (LDPE) differ in their degree of branching and their level of crystallinity. High-density polyethylene is more crystalline than low-density polyethylene.
Selon ce premier mode de réalisation, le polypropylène est de préférence un polypropylène isotactique, c’est-à-dire que la répartition des substituants R1 est uniforme le long de la chaîne principale du polymère.According to this first embodiment, the polypropylene is preferably an isotactic polypropylene, that is to say that the distribution of the R1 substituents is uniform along the main chain of the polymer.
Selon un second mode de réalisation, la polyoléfine II est un copolymère. En d’autres termes, la polyoléfine est telle que n≠0 et m≠0. Le copolymère peut être un copolymère block ou statistique.According to a second embodiment, polyolefin II is a copolymer. In other words, the polyolefin is such that n ≠ 0 and m ≠ 0. The copolymer can be a block or statistical copolymer.
De préférence selon ce mode de réalisation, la polyoléfine II est soit un copolymère d’éthylène et de propylène éventuellement hydroxylé, soit un polyéthylène linéaire de basse densité (LLDPE).Preferably according to this embodiment, polyolefin II is either a copolymer of ethylene and propylene, possibly hydroxylated, or a linear low-density polyethylene (LLDPE).
Dans le cadre de l’invention, un « polyéthylène linéaire de basse densité » ou LLDPE est un copolymère d’éthylène avec une oléfine choisie parmi le propylène, le butylène, le pentylène, l’hexylène et l’octylène. Un tel polymère peut être obtenu par voie Ziegler-Natta (voir le document Aggarwal et al., Chem. Rev. 1957, 57, 4, 665-742, et Jubinville et al., Sustain. Mater. Technol. 25, 2020, e00188). La densité du LLDPE va de 0,92 à 0,94 g.cm3.In the context of the invention, a "linear low-density polyethylene" or LLDPE is a copolymer of ethylene with an olefin selected from propylene, butylene, pentylene, hexylene, and octylene. Such a polymer can be obtained by the Ziegler-Natta method (see Aggarwal et al., Chem. Rev. 1957, 57, 4, 665-742, and Jubinville et al., Sustain. Mater. Technol. 25, 2020, e00188). The density of LLDPE ranges from 0.92 to 0.94 g.cm³ .
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, le taux de cristallinité (massique ou volumique) de la polyoléfine II va de 40% à 95%, de préférence de 40% à 80%. Le taux de cristallinité est une mesure de la proportion de matière cristalline dans l’échantillon étudié. Dans le cadre de l’invention, le taux de cristallinité peut être par exemple déterminé par calorimétrie différentielle à balayage (DSC), par le ratio entre l’enthalpie de fusion mesurée pour l’échantillon considéré et l’enthalpie de fusion de l’échantillon 100% cristallin.According to an advantageous embodiment of the invention, the degree of crystallinity (mass or volume) of polyolefin II ranges from 40% to 95%, preferably from 40% to 80%. The degree of crystallinity is a measure of the proportion of crystalline material in the sample studied. Within the scope of the invention, the degree of crystallinity can, for example, be determined by differential scanning calorimetry (DSC) by the ratio between the enthalpy of fusion measured for the sample under consideration and the enthalpy of fusion of a 100% crystalline sample.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, la température de fusion de la polyoléfine II va de 120 °C à 140 °C. Dans le cadre de l’invention, la température de fusion de la polyoléfine II peut être mesurée par analyse thermogravimétrique (TGA) ou par calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Dans le cadre de l’invention, la température de fusion correspond à la température mesurée au maximum du pic du phénomène thermique correspondant à la fusion.According to an advantageous embodiment of the invention, the melting temperature of polyolefin II ranges from 120 °C to 140 °C. Within the scope of the invention, the melting temperature of polyolefin II can be measured by thermogravimetric analysis (TGA) or by differential scanning calorimetry (DSC). In the context of the invention, the melting temperature corresponds to the temperature measured at the maximum peak of the thermal phenomenon corresponding to melting.
La seconde étape du procédé selon l’invention consiste à faire réagir l’au moins une polyoléfine II avec au moins un agent de nitrosation III afin d’obtenir l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée I.The second step of the process according to the invention consists of reacting at least one polyolefin II with at least one nitrosating agent III in order to obtain at least one functionalized polyolefin I.
Dans le cadre de l’invention, on entend par « polyoléfine fonctionnalisée » ou « polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes fonctionnels » une polyoléfine comprenant au moins un groupe fonctionnel. Lorsque la polyoléfine fonctionnalisée comprend plusieurs groupes fonctionnels, ceux-ci peuvent être répartis de manière régulière ou statistique sur ladite polyoléfine fonctionnalisée. Ces groupes fonctionnels peuvent être intégrés à une chaine du polymère (c’est-à-dire que les groupes fonctionnels sont intégrées à la chaîne polymérique (sur la chaine principale et/ou sur la ou les chaines ramifiées si elles sont présentes)), et/ou être pendants (c’est-à-dire que les groupes fonctionnels sont des substituants). Selon un mode de réalisation particulier, la distribution des groupes fonctionnels peut être orientée grâce à l’introduction préalable de groupes fonctionnels qui permettent d’orienter la sélectivité lors de la réaction d’introduction des groupes fonctionnels.In the context of this invention, "functionalized polyolefin" or "functionalized polyolefin with functional groups" refers to a polyolefin comprising at least one functional group. When the functionalized polyolefin comprises several functional groups, these may be distributed regularly or statistically throughout the polyolefin. These functional groups may be integrated into a polymer chain (i.e., the functional groups are integrated into the polymer chain (on the main chain and/or on the branched chain(s) if present)), and/or be pendant (i.e., the functional groups are substituents). In one particular embodiment, the distribution of the functional groups may be directed by the prior introduction of functional groups that guide the selectivity during the functional group incorporation reaction.
Par « groupe fonctionnel », on entend un groupe ou fragment organique autre qu’alkyle. A titre d’exemples de groupes fonctionnels, on peut citer les groupes suivants : =N-OH (oxime), -C(O)-alkyle, -C(O)O-alkyle, -C(O)-alkylène-O-C(O)-alkyle, -C(O)OH, -C(O)-alkylène-OH, -COOH, -NH-C(O)-alkyle, -N(H)-OH, et NH2.By "functional group" we mean an organic group or fragment other than alkyl. Examples of functional groups include: =N-OH (oxime), -C(O)-alkyl, -C(O)O-alkyl, -C(O)-alkylene-OC(O)-alkyl, -C(O)OH, -C(O)-alkylene-OH, -COOH, -NH-C(O)-alkyl, -N(H)-OH, and NH2 .
Par alkyle, on entend dans le cadre de l’invention une chaîne hydrocarbonée -(CH2)n-CH3avec n représentant un nombre entier supérieur ou égal à 0. Typiquement, n représente un nombre entier allant de 0 à 18, de préférence 0 à 12, à moins qu’il n’en soit disposé autrement.For the purposes of this invention, alkyl means a hydrocarbon chain -( CH2 ) n - CH3 with n representing an integer greater than or equal to 0. Typically, n represents an integer from 0 to 18, preferably from 0 to 12, unless otherwise specified.
Par « alkylène », on entend un groupe alkyle divalent –(CH2)navec n représentant un nombre entier supérieur ou égal à 0, de préférence un nombre entier allant de 0 à 18, et mieux encore un nombre entier allant de 0 à 12, à moins qu’il n’en soit disposé autrementThe term "alkylene" means a divalent alkyl group –( CH₂ ) n , where n is an integer greater than or equal to 0, preferably an integer from 0 to 18, and even better an integer from 0 to 12, unless otherwise specified.
De préférence, l’agent de nitrosation III est de formule suivante :Preferably, nitrosating agent III has the following formula:
[Chem. 2]
(III),[Chem. 2]
(III),
avec R3 représentant un groupe comprenant un atome N, O ou S lié au groupe NO.with R3 representing a group comprising an N, O or S atom bonded to the NO group.
De préférence, l’agent de nitrosation III est de formule III-a, III-b ou III-c tels que décrits ci-dessous.Preferably, nitrosating agent III is of formula III-a, III-b or III-c as described below.
L’agent de nitrosation III-a est de formule :Nitrosating agent III-a has the following formula:
[Chem. 3]
(III-a)[Chem. 3]
(III-a)
avec R4 et R5 étant identiques ou différents et représentant indépendamment l’un de l’autre un groupe choisi parmi (C1-C6)alkyle, N[(C1-C6)alkyle]3, CO[(C1-C6)alkyle], SO2Ph, CO-Ph-CF3, ou R4 et R5 formant ensemble un groupe (C5-C10) cycloalkylène éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes (C1-C6) alkyle linéaire ou ramifié, ou un groupe -SO2-Ph-C(CH3)2-, ou un groupe -CO-Ph-CO- ; de préférence R4 et R5 étant identiques ou différents et représentant indépendamment l’un de l’autre un groupe choisi parmi (C1-C6)alkyle, N(CH3)3, CO[(C1-C6)alkyle], SO2Ph, CO-Ph-CF3, ou R4 et R5 formant ensemble un groupe (C5-C6) cycloalkylène éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes (C1-C6) alkyle linéaire ou ramifié, ou un groupe -SO2-Ph-C(CH3)2-, ou un groupe -CO-Ph-CO-.with R4 and R5 being identical or different and independently representing a group chosen from (C1-C6)alkyl, N[(C1-C6)alkyl] 3 , CO[(C1-C6)alkyl], SO 2 Ph, CO-Ph-CF 3 , or R4 and R5 together forming a (C5-C10) cycloalkylene group optionally substituted by one or more linear or branched (C1-C6) alkyl groups, or a -SO 2 -Ph-C(CH 3 ) 2 - group, or a -CO-Ph-CO- group; preferably R4 and R5 being identical or different and independently representing a group chosen from (C1-C6)alkyl, N( CH3 ) 3 , CO[(C1-C6)alkyl], SO2Ph , CO-Ph- CF3 , or R4 and R5 together forming a (C5-C6) cycloalkylene group optionally substituted by one or more linear or branched (C1-C6) alkyl groups, or a -SO2 -Ph-C( CH3 ) 2- group, or a -CO-Ph-CO- group.
L’agent de nitrosation III-b est de formule suivante :Nitrosating agent III-b has the following formula:
[Chem. 4]
(III-b)[Chem. 4]
(III-b)
avec R6 représentant un groupe phtalimide ou un groupe (C1-C6)alkyle linéaire ou ramifié, de préférence R6 représentant un groupe (C1-C6)alkyle linéaire ou ramifié.with R6 representing a phthalimide group or a linear or branched (C1-C6)alkyl group, preferably R6 representing a linear or branched (C1-C6)alkyl group.
L’agent de nitrosation III-c est de formule suivante :The nitrosating agent III-c has the following formula:
[Chem. 5]
(III-c)[Chem. 5]
(III-c)
avec R7 représentant un groupe aromatique ou hétéroaromatique éventuellement perfluoré, de préférence R7 représentant un groupe aromatique ou hétéroaromatique perfluoré, plus préférentiellement R7 représentant un groupe hétéroaromatique perfluoré.with R7 representing an aromatic or heteroaromatic group possibly perfluorinated, preferably R7 representing an aromatic or heteroaromatic group perfluorinated, more preferably R7 representing a heteroaromatic group perfluorinated.
De préférence, l’au moins un agent de nitrosation III est choisi parmi :Preferably, at least one nitrosating agent III is chosen from:
[Chem. 6]
(III-1),[Chem. 6]
(III-1),
[Chem. 7]
(III-2),[Chem. 7]
(III-2),
[Chem. 8]
(III-3),[Chem. 8]
(III-3),
[Chem. 9]
(III-4),[Chem. 9]
(III-4),
[Chem. 10]
(III-5),[Chem. 10]
(III-5),
[Chem. 11]
(III-6),[Chem. 11]
(III-6),
[Chem. 12]
(III-7),[Chem. 12]
(III-7),
[Chem. 13]
(III-8), et[Chem. 13]
(III-8), and
[Chem. 14]
(III-9),[Chem. 14]
(III-9),
et leurs mélanges.and their mixtures.
Selon un mode de réalisation préféré, un seul agent de nitrosation est utilisé.According to a preferred embodiment, only one nitrosating agent is used.
Selon un mode de réalisation préféré, l’agent de nitrosation III est le tert-butylnitrite III-9.According to a preferred embodiment, nitrosating agent III is tert-butylnitrite III-9.
De préférence, le ratio molaire agent de nitrosation III / unités de répétition de(s) polyoléfine(s) II va de 0,01 à 2, de préférence 0,1 à 0,5.Preferably, the molar ratio of nitrosating agent III to repeat units of polyolefin II ranges from 0.01 to 2, preferably from 0.1 to 0.5.
Par « unité de répétition » ou « unité répétitive » d’un polymère, on entend la plus petite unité constitutive dont la répétition décrit le polymère. Dans le cas de copolymère, celui-ci est constitué de plusieurs unités de répétition distinctes.The term "repeat unit" or "repeat unit" of a polymer refers to the smallest constituent unit whose repetition describes the polymer. In the case of a copolymer, this unit is made up of several distinct repeat units.
Dans le cadre de l’invention, le nombre de moles d’unités de répétition d’un polymère est estimé grâce à la méthode détaillée dans le document Fazekas et al., Science 375, 545-550 (2022) : le nombre de moles d’unités répétitives d’un polymère (homopolymère ou copolymère) est calculé par le ratio entre la masse de polymère engagé et la masse molaire de l’unité de répétition (si homopolymère) ou des unités de répétition (si copolymère). Pour le cas particulier des polyoléfines fonctionnalisées avec des groupes oximes, il est considéré, pour la détermination du nombre de moles d’unités de répétition, que toutes les unités de répétition sont fonctionnalisées avec des groupes oximes : le nombre de moles d’unités de répétition d’une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes est alors égal au ratio entre la masse de polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes et la masse molaire des unités de répétition incluant un groupe oxime.Within the framework of the invention, the number of moles of repeating units of a polymer is estimated using the method detailed in Fazekas et al., Science 375, 545-550 (2022): the number of moles of repeating units of a polymer (homopolymer or copolymer) is calculated by the ratio between the mass of polymer involved and the molar mass of the repeating unit (if homopolymer) or repeating units (if copolymer). For the specific case of polyolefins functionalized with oxime groups, it is assumed, for the purpose of determining the number of moles of repeating units, that all repeating units are functionalized with oxime groups: the number of moles of repeating units of a polyolefin functionalized with oxime groups is then equal to the ratio between the mass of polyolefin functionalized with oxime groups and the molar mass of the repeating units including an oxime group.
Dans le cadre de l’invention, la réaction de l’au moins une polyoléfine II avec l’agent de nitrosation III est réalisée dans une extrudeuse. Différents types d’extrudeuses peuvent être employées dans le cadre de l’invention, et en particulier des extrudeuses à vis unique, des extrudeuses à double vis (double vis coaxiale, double vis conique, double vis co-rotative ou contra-rotative (avec ou sans engrènement), ou double vis parallèle), et des extrudeuses à triple vis par exemple. La longueur de l’extrudeuse et la vitesse de rotation peuvent être ajustées par l’homme du métier.In the context of the invention, the reaction of at least one polyolefin II with the nitrosating agent III is carried out in an extruder. Various types of extruders can be used in the context of the invention, and in particular single-screw extruders, twin-screw extruders (coaxial twin-screw, conical twin-screw, co-rotating or counter-rotating twin-screw (with or without meshing), or parallel twin-screw), and triple-screw extruders, for example. The extruder length and rotational speed can be adjusted by those skilled in the art.
De préférence, la température au sein de l’extrudeuse est supérieure ou égale à la température de fusion de l’au moins une polyoléfine II. De préférence, la température au sein de l’extrudeuse est inférieure à la température de dégradation de l’au moins un agent de nitrosation III. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la température au sein de l’extrudeuse est supérieure ou égale à la température de fusion de l’au moins une polyoléfine II, et inférieure à la température de dégradation de l’au moins un agent de nitrosation III. De préférence, la température au sein de l’extrudeuse est uniforme ou sensiblement uniforme (c’est-à-dire qu’elle identique ou sensiblement identique en tout point de l’extrudeuse), bien qu’il soit envisageable d’avoir d’utiliser une extrudeuse présentant des zones avec des températures distinctes sans sortir du cadre de l’invention.Preferably, the temperature within the extruder is greater than or equal to the melting temperature of at least one polyolefin II. Preferably, the temperature within the extruder is lower than the degradation temperature of at least one nitrosating agent III. In a particularly preferred embodiment, the temperature within the extruder is greater than or equal to the melting temperature of at least one polyolefin II, and lower than the degradation temperature of at least one nitrosating agent III. Preferably, the temperature within the extruder is uniform or substantially uniform (i.e., identical or substantially identical at every point in the extruder), although it is conceivable to use an extruder having zones with distinct temperatures without departing from the scope of the invention.
De préférence, la pression au sein de l’extrudeuse est environ de 1 atm.Preferably, the pressure inside the extruder is approximately 1 atm.
De préférence, la réaction de l’au moins une polyoléfine II avec l’agent de nitrosation III (étape 2)) est réalisée sans solvant. De préférence, la réaction de l’au moins une polyoléfine II avec l’agent de nitrosation III (étape 2)) est réalisée sans catalyseur. De préférence, l’étape 2) est réalisée uniquement en présence de l’au moins une polyoléfine et de l’au moins un agent de nitrosation.Preferably, the reaction of at least one polyolefin II with nitrosating agent III (step 2) is carried out without a solvent. Preferably, the reaction of at least one polyolefin II with nitrosating agent III (step 2) is carried out without a catalyst. Preferably, step 2) is carried out only in the presence of at least one polyolefin and at least one nitrosating agent.
De préférence, l’au moins une polyoléfine II est introduite en début d’extrudeuse. De préférence, l’au moins une polyoléfine II est introduite dans l’extrudeuse avant l’au moins un agent de nitrosation III, c’est-à-dire que l’au moins un agent de nitrosation III est ajouté à l’au moins une polyoléfine présente dans l’extrudeuse. De préférence, l’au moins un agent de nitrosation III est introduit lorsque l’au moins une polyoléfine II est dans un état fondu, c’est-à-dire que l’au moins une polyoléfine II est placée dans une zone de l’extrudeuse qui se trouve à une température supérieure ou égale à sa température de fusion pendant un temps suffisant pour permettre sa fusion, puis l’au moins un agent de nitrosation III est ajouté à l’au moins une polyoléfine II. Selon un premier mode de réalisation, l’au moins un agent de nitrosation III est ajouté en continu à l’au moins une polyoléfine II. Alternativement selon un autre mode de réalisation, l’au moins un agent de nitrosation III est ajouté séquentiellement, selon une durée et des séquences d’ajout pouvant être mises au point par l’homme du métier.Preferably, at least one polyolefin II is introduced at the beginning of the extruder. Preferably, at least one polyolefin II is introduced into the extruder before at least one nitrosating agent III, meaning that at least one nitrosating agent III is added to the at least one polyolefin present in the extruder. Preferably, at least one nitrosating agent III is introduced when at least one polyolefin II is in a molten state, meaning that at least one polyolefin II is placed in a zone of the extruder that is at a temperature greater than or equal to its melting point for a time sufficient to allow it to melt, and then at least one nitrosating agent III is added to the at least one polyolefin II. According to a first embodiment, at least one nitrosating agent III is added continuously to the at least one polyolefin II. Alternatively, according to another embodiment, at least one nitrosating agent III is added sequentially, according to a duration and sequence of addition that can be developed by a person skilled in the art.
L’étape 2) de réaction de l’au moins une polyoléfine II avec au moins un agent de nitrosation III dans l’extrudeuse peut être réalisée dans des conditions inertes ou dans des conditions non inertes (c’est-à-dire en présence d’air). Les produits obtenus sont alors différents.Step 2) of the reaction of at least one polyolefin II with at least one nitrosating agent III in the extruder can be carried out under inert conditions or under non-inert conditions (i.e. in the presence of air). The products obtained are then different.
Dans le cadre de l’invention, une réaction réalisée dans des conditions « inertes » signifie que celle-ci est réalisée à l’abri de O2, typiquement sous atmosphère de N2ou Ar, et de préférence dans des conditions anhydres. Pour cela, un flux continu de N2ou Ar au sein de l’extrudeuse peut être mis en place.In the context of the invention, a reaction carried out under "inert" conditions means that it is performed in the absence of O2 , typically under an atmosphere of N2 or Ar, and preferably under anhydrous conditions. To achieve this, a continuous flow of N2 or Ar within the extruder can be implemented.
Selon un premier mode de réalisation, la réaction de l’au moins une polyoléfine II avec au moins un agent de nitrosation III dans l’extrudeuse (étape 2)) est réalisée dans des conditions inertes. Selon ce mode de réalisation, au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A est alors obtenue à l’issue de l’étape 2). En d’autres termes, l’étape 2) permet de fonctionnaliser l’au moins une polyoléfine II avec des groupes oximes.According to a first embodiment, the reaction of at least one polyolefin II with at least one nitrosating agent III in the extruder (step 2) is carried out under inert conditions. According to this embodiment, at least one polyolefin functionalized with oxime groups I-A is then obtained at the end of step 2). In other words, step 2) allows the at least one polyolefin II to be functionalized with oxime groups.
Dans le cadre de l’invention, on entend par « polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes » ou « polyoléfine nitrosylée » une polyoléfine comprenant au moins un groupe ou substituant oxime. Lorsque la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes comprend plusieurs groupes ou substituants oximes, ces groupes ou substituants peuvent être répartis de manière régulière ou statistique sur ladite polyoléfine fonctionnalisée par des groupes oximes. Selon un mode de réalisation particulier, la distribution des groupes oximes peut être orientée grâce à l’introduction préalable de groupes fonctionnels qui permettent d’orienter la sélectivité lors de la réaction d’introduction des groupes oximes.In the context of this invention, "oxyme-functionalized polyolefin" or "nitrosylated polyolefin" means a polyolefin comprising at least one oxime group or substituent. When the oxime-functionalized polyolefin comprises several oxime groups or substituents, these groups or substituents may be distributed regularly or statistically throughout the oxime-functionalized polyolefin. In one particular embodiment, the distribution of the oxime groups may be guided by the prior introduction of functional groups that direct the selectivity during the oxime incorporation reaction.
Par « groupe oxime », on entend un groupe =N-OH.By "oxime group", we mean a =N-OH group.
Dans le cadre de l’invention, « fonctionnaliser une polyoléfine avec des groupes oximes », « introduire des groupes oximes sur une polyoléfine » et « nitrosyler une polyoléfine » sont synonymes, et désignent l’introduction de groupe(s) oxime(s) (=N-OH) sur la polyoléfine, sur la chaine principale et/ou sur la ou les chaines ramifiées si elles sont présentes.Within the framework of the invention, "functionalizing a polyolefin with oxime groups", "introducing oxime groups onto a polyolefin" and "nitrosylating a polyolefin" are synonymous, and refer to the introduction of oxime group(s) (=N-OH) onto the polyolefin, onto the main chain and/or onto the branched chain(s) if present.
En d’autres termes selon ce premier mode de réalisation, le procédé selon l’invention comprend les étapes suivantes :
1) disposer d’au moins une polyoléfine de formule (II) :
[Chem. 15]
(II)
avec :
- R1 représentant un groupe méthyle, éthyle ou n-butyle,
- R2 représentant H, CH3ou OH,
- n représentant un nombre entier allant de 0 à 100000,
- m représentant un nombre entier allant de 0 à 100000, et
- n + m ≠ 0, et
2) faire réagir l’au moins une polyoléfine II avec au moins un agent de nitrosation III dans une extrudeuse dans des conditions inertes afin d’obtenir au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A.In other words, according to this first embodiment, the process according to the invention comprises the following steps:
1) have at least one polyolefin of formula (II):
[Chem. 15]
(II)
with :
- R1 representing a methyl, ethyl or n-butyl group,
- R2 representing H, CH3 or OH,
- n representing an integer ranging from 0 to 100000,
- m representing an integer ranging from 0 to 100000, and
- n + m ≠ 0, and
2) react at least one polyolefin II with at least one nitrosating agent III in an extruder under inert conditions in order to obtain at least one polyolefin functionalized with oxime groups IA.
Selon ce premier mode de réalisation, le procédé peut comprendre en outre une étape 3) subséquente à l’étape 2), ladite étape 3) comprenant, et de préférence consistant à faire réagir les groupes oximes présents dans l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A. Selon ce mode de réalisation, le procédé comprend alors, de préférence consiste en, les étapes suivantes :
1) disposer d’au moins une polyoléfine de formule (II) :
[Chem. 16]
(II)
avec :
- R1 représentant un groupe méthyle, éthyle ou n-butyle,
- R2 représentant H, CH3ou OH,
- n représentant un nombre entier allant de 0 à 100000,
- m représentant un nombre entier allant de 0 à 100000, et
- n + m ≠ 0,
2) faire réagir l’au moins une polyoléfine II avec au moins un agent de nitrosation III dans une extrudeuse dans des conditions inertes afin d’obtenir au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A, et
3) faire réagir les groupes oximes présents dans l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A.According to this first embodiment, the process may further include a step 3) subsequent to step 2), said step 3) comprising, and preferably consisting of, reacting the oxime groups present in at least one polyolefin functionalized with IA oxime groups. According to this embodiment, the process then preferably comprises the following steps:
1) have at least one polyolefin of formula (II):
[Chem. 16]
(II)
with :
- R1 representing a methyl, ethyl or n-butyl group,
- R2 representing H, CH3 or OH,
- n representing an integer ranging from 0 to 100000,
- m representing an integer ranging from 0 to 100000, and
- n + m ≠ 0,
2) react at least one polyolefin II with at least one nitrosating agent III in an extruder under inert conditions to obtain at least one polyolefin functionalized with oxime groups IA, and
3) react the oxime groups present in at least one polyolefin functionalized with IA oxime groups.
Avantageusement lors de l’étape 3), tous les groupes oximes dans la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oxime I-A présents réagissent. Cependant, il est envisageable de n’en faire réagir qu’une partie (par exemple par introduction de réactifs en défaut), voire de faire réagir une partie des groupes oximes dans une première réaction et une seconde partie (ou plus) dans une seconde réaction (ou plus), sans sortir du cadre de l’invention.Advantageously, in step 3, all oxime groups in the polyolefin functionalized with present I-A oxime groups react. However, it is possible to react only some of them (for example, by introducing limiting reagents), or even to react some of the oxime groups in a first reaction and a second part (or more) in a second reaction (or more), without departing from the scope of the invention.
Diverses réactions peuvent être envisagées lors de l’étape 3) : réduction, réarrangement de Beckmann, hydrolyse, addition d’isocyanate ou de chlorure d’acide, greffage de chaînes PEG ou PCL… Ces réactions peuvent être réalisées dans une extrudeuse ou dans un réacteur. Pour le cas où ces réactions sont réalisées dans une extrudeuse, celle-ci peut être celle utilisée lors de l’étape 2) (les réactifs nécessaires pour l’étape 3) sont alors ajoutés à l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oxime I-A présente dans l’extrudeuse utilisée lors de l’étape 2)), ou une autre extrudeuse.Various reactions can be considered in step 3): reduction, Beckmann rearrangement, hydrolysis, addition of isocyanate or acid chloride, grafting of PEG or PCL chains, etc. These reactions can be carried out in an extruder or in a reactor. If these reactions are carried out in an extruder, it can be the one used in step 2), or a different extruder. (The reagents needed for step 3 are then added to at least one polyolefin functionalized with I-A oxime groups present in the extruder used in step 2), or another extruder.
L’étape 3) peut comprendre une ou plusieurs réactions des groupes oximes présents dans l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A, voire des réactions subséquentes à une ou plusieurs réactions desdits groupes oximes.Step 3) may include one or more reactions of the oxime groups present in at least one polyolefin functionalized with I-A oxime groups, or even subsequent reactions to one or more reactions of said oxime groups.
Selon un premier mode de réalisation, l’étape 3) comprend, de préférence consiste en, une réaction d’un chlorure d’acide avec les groupes oximes de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A. De préférence, cette réaction est réalisée en milieu basique, par exemple en présence de triéthylamine, de N,N-diisopropyléthylamine ou de 1,4-diazabicyclo [2.2.2.]octane. De préférence, cette réaction est réalisée à une température permettant la solubilisation de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes II, c’est-à-dire une température allant généralement de 20°C à 70 °C, de préférence de 40 °C à 60 °C. De préférence, cette réaction est réalisée dans un réacteur.According to a first embodiment, step 3) preferably comprises a reaction of an acid chloride with the oxime groups of the polyolefin functionalized with I-A oxime groups. Preferably, this reaction is carried out in a basic medium, for example in the presence of triethylamine, N,N-diisopropylethylamine, or 1,4-diazabicyclo[2.2.2.]octane. Preferably, this reaction is carried out at a temperature that allows the solubilization of the polyolefin functionalized with II oxime groups, that is, a temperature generally ranging from 20°C to 70°C, preferably from 40°C to 60°C. Preferably, this reaction is carried out in a reactor.
Selon ce mode de réalisation, cette étape comprend avantageusement une étape de mise en contact de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A avec un chlorure d’acide de formule IV suivante :According to this embodiment, this step advantageously includes a step of contacting the polyolefin functionalized with oxime groups I-A with an acid chloride of the following formula IV:
[Chem. 17]
(IV)[Chem. 17]
(IV)
avec R8 représentant un groupe (C1-C6)alkyle, un groupe (C1-C6)alcène, un groupe aromatique éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes (C1-C6)alkyle ou (C1-C6)perfluoroalkyles.with R8 representing a (C1-C6)alkyl group, a (C1-C6)alkene group, an aromatic group possibly substituted by one or more (C1-C6)alkyl or (C1-C6)perfluoroalkyl groups.
Par « alcène », on entend un groupe alkyle comportant au moins une double liaison C=C.By "alkene" we mean an alkyl group containing at least one C=C double bond.
De préférence, R8 représente Ph, p-CF3-Ph, un groupe vinyle (CH=CH2).Preferably, R8 represents Ph, p-CF 3 -Ph, a vinyl group (CH=CH 2 ).
De préférence, le ratio molaire d’unités de répétition de polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A / chlorure d’acide IV va de 1/0,9 à 1/1,3, de préférence de 1/1 à 1/1,2, et mieux encore est de 1/1,1.Preferably, the molar ratio of repeat units of polyolefin functionalized with I-A oxime groups / IV acid chloride ranges from 1/0.9 to 1/1.3, preferably from 1/1 to 1/1.2, and even better is 1/1.1.
Avantageusement lors de cette réaction, la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A est mise en solution dans au moins un solvant, éventuellement en chauffant pour faciliter la solubilisation de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A. Ensuite sont ajoutés le chlorure d’acide IV et la base.Advantageously, in this reaction, the polyolefin functionalized with I-A oxime groups is dissolved in at least one solvent, possibly by heating to facilitate the solubilization of the polyolefin functionalized with I-A oxime groups. Then the IV acid chloride and the base are added.
Selon un deuxième mode de réalisation, l’étape 3) comprend, de préférence consiste en, une réaction de réarrangement de Beckmann. Le réarrangement de Beckmann est connu pour permettre la transformation de groupe(s) oxime(s) en groupe(s) amide(s). Cette réaction permet ainsi d’obtenir une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes amides. Selon ce mode de réalisation, les fonctions amides sont incorporées dans la chaine polymérique, c’est-à-dire que la chaine polymérique est interrompue par des fonctions amide.According to a second embodiment, step 3) preferably comprises a Beckmann rearrangement reaction. The Beckmann rearrangement is known to allow the transformation of oxime group(s) into amide group(s). This reaction thus yields a polyolefin functionalized with amide groups. In this embodiment, the amide functions are incorporated into the polymer chain; that is, the polymer chain is interrupted by amide functions.
Cette réaction de réarrangement de Beckmann est avantageusement réalisée en milieu acide. Cette réaction de réarrangement de Beckmann, et les conditions opératoires pouvant être utilisées sont bien connues de l’homme du métier (voir par exemple New J. Chem., 2020, 44, 18530-18572) et ne seront pas détaillées ici. De préférence, cette réaction est réalisée dans un réacteur.This Beckmann rearrangement reaction is advantageously carried out in an acidic medium. This Beckmann rearrangement reaction, and the operating conditions that can be used, are well known to those skilled in the art (see, for example, New J. Chem., 2020, 44, 18530-18572) and will not be detailed here. Preferably, this reaction is carried out in a reactor.
Il est ensuite possible de réaliser une réaction d’hydrolyse des fonctions amides. Les fonctions amides sont alors transformées en fonctions acides carboxyliques (COOH). La réaction d’hydrolyse des fonctions amides est de manière usuelle réalisée en milieu acide. Cette réaction permet ainsi d’obtenir des acides carboxyliques de longueur de chaîne variable.It is then possible to carry out a hydrolysis reaction of the amide groups. The amide groups are then transformed into carboxylic acid groups (COOH). The hydrolysis reaction of amide groups is usually carried out in an acidic medium. This reaction thus makes it possible to obtain carboxylic acids of varying chain lengths.
Selon un troisième mode de réalisation, l’étape 3) comprend, de préférence consiste en, une réaction de réduction des groupes oximes en groupes hydroxylamines. Cette réaction permet alors d’obtenir une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes hydroxylamines.According to a third embodiment, step 3) preferably comprises a reduction reaction of oxime groups to hydroxylamine groups. This reaction then yields a polyolefin functionalized with hydroxylamine groups.
Les agents réducteurs et les conditions opératoires pouvant être utilisés pour réduire des groupes oximes en groupes hydroxylamines sont connus dans l’état de l’art. A titre d’exemple d’agent réducteur, on peut citer NaBH3CN. De préférence, cette réaction est réalisée dans un réacteur.The reducing agents and operating conditions that can be used to reduce oxime groups to hydroxylamine groups are known in the prior art. NaBH3CN is an example of a reducing agent. Preferably, this reaction is carried out in a reactor.
Selon un quatrième mode de réalisation, l’étape 3) comprend, de préférence consiste en, une réaction de réduction des groupes oximes en groupes amines. Cette réaction permet alors d’obtenir une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes amines.According to a fourth embodiment, step 3) preferably comprises a reduction reaction of oxime groups to amine groups. This reaction then yields a polyolefin functionalized with amine groups.
Les agents réducteurs et les conditions opératoires pouvant être utilisés pour réduire les groupes oximes en groupes amines sont connus dans l’état de l’art. A titre d’exemple d’agent réducteur, on peut citer LiAlH4. De préférence, cette réaction est réalisée dans un réacteur.The reducing agents and operating conditions that can be used to reduce oxime groups to amine groups are known in the prior art. LiAlH4 is an example of a reducing agent. Preferably, this reaction is carried out in a reactor.
Selon un cinquième mode de réalisation, l’étape 3) comprend, de préférence consiste en, une réaction d’un isocyanate avec les groupes oximes de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A. De préférence, cette réaction est réalisée en chauffant le mélange réactionnel à une température permettant la solubilisation de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A, c’est-à-dire par exemple à une température allant de 50 °C à 110 °C.According to a fifth embodiment, step 3) preferably comprises a reaction of an isocyanate with the oxime groups of the polyolefin functionalized with I-A oxime groups. Preferably, this reaction is carried out by heating the reaction mixture to a temperature enabling the solubilization of the polyolefin functionalized with I-A oxime groups, i.e. for example at a temperature ranging from 50 °C to 110 °C.
Selon ce mode de réalisation, cette étape comprend avantageusement une étape de mise en contact de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A avec un isocyanate de formule V :According to this embodiment, this step advantageously includes a step of contacting the polyolefin functionalized with I-A oxime groups with an isocyanate of formula V:
[Chem. 18]
(V)[Chem. 18]
(V)
avec R9 et R10 étant identiques ou différents et représentant indépendamment l’un de l’autre des groupes (C1-C6) alkyle, (C6-C10) aryle, ou un groupe isocyanate NCO; ou R9 et R10 représentent ensemble un groupe (C5-C8) cycloalkylène.with R9 and R10 being identical or different and independently representing (C1-C6) alkyl, (C6-C10) aryl, or an NCO isocyanate group; or R9 and R10 together represent a (C5-C8) cycloalkylene group.
De préférence, le ratio molaire polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A / isocyanate V va de 1/0,8 à 1/1,2, de préférence de 1/0,9 à 1/1,1, et mieux encore est de 1/1.Preferably, the molar ratio of polyolefin functionalized with oxime groups I-A / isocyanate V ranges from 1/0.8 to 1/1.2, preferably from 1/0.9 to 1/1.1, and even better is 1/1.
De préférence, cette réaction est réalisée dans un réacteur.Preferably, this reaction is carried out in a reactor.
Selon un sixième mode de réalisation, l’étape 3) comprend, voire consiste en, une réaction de greffage de chaînes PEG (polyéthylèneglycol). Selon ce mode de réalisation, cette étape comprend avantageusement une étape de mise en contact de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A avec au moins un dérivé du polyéthylène glycol comprenant au moins une fonction réactive apte à réagir dans les conditions réactionnelles avec au moins une fonction oxime de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A. Dans le cadre de l’invention, un « dérivé » de polyéthylène glycol est un polyéthylène glycol sur lequel ont été introduits un ou plusieurs substituants ou fonctions. Dans le cadre de l’invention, la fonction réactive du dérivé polyéthylène glycol n’est pas une fonction hydroxyle (OH) présente sur le polyéthylène glycol, mais une autre fonction apte à réagir dans les conditions réactionnelles avec au moins une fonction oxime de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A. Selon un mode préféré de réalisation, cette étape comprend la mise en contact de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A avec un dérivé de polyéthylène glycol comprenant au moins une fonction réactive apte à réagir dans les conditions réactionnelles avec au moins une fonction oxime de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A. Un tel dérivé de polyéthylène glycol comprenant au moins une fonction réactive peut par exemple être un chlorure d’acide de polyéthylène glycol ou un polyéthylène glycol comprenant au moins une fonction acide carboxylique. Avantageusement, la ou les fonctions réactives du dérivé de polyéthylène glycol sont terminales, c’est-à-dire en bout de chaine.According to a sixth embodiment, step 3) comprises, or even consists of, a PEG (polyethylene glycol) chain grafting reaction. In this embodiment, this step advantageously includes a step of contacting the polyolefin functionalized with I-A oxime groups with at least one polyethylene glycol derivative comprising at least one reactive function capable of reacting under the reaction conditions with at least one oxime function of the polyolefin functionalized with I-A oxime groups. In the context of the invention, a polyethylene glycol "derivative" is a polyethylene glycol onto which one or more substituents or functional groups have been introduced. In the context of the invention, the reactive function of the polyethylene glycol derivative is not a hydroxyl (OH) group present on the polyethylene glycol, but another functional group capable of reacting under the reaction conditions with at least one oxime function of the polyolefin functionalized with I-A oxime groups. According to a preferred embodiment, this step involves contacting the polyolefin functionalized with I-A oxime groups with a polyethylene glycol derivative comprising at least one reactive function capable of reacting under the reaction conditions with at least one oxime function of the polyolefin functionalized with I-A oxime groups. Such a polyethylene glycol derivative comprising at least one reactive function may, for example, be polyethylene glycol acid chloride or a polyethylene glycol comprising at least one carboxylic acid function. Advantageously, the reactive function(s) of the polyethylene glycol derivative are terminal, i.e., at the end of the chain.
De préférence, cette réaction est réalisée en présence d’un solvant. De préférence, cette réaction est réalisée en chauffant le mélange réactionnel à une température permettant la solubilisation de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A, c’est-à-dire par exemple à une température allant de 50 °C à 110 °C. De préférence, cette réaction est réalisée dans un réacteur.Preferably, this reaction is carried out in the presence of a solvent. Preferably, this reaction is carried out by heating the reaction mixture to a temperature that allows the solubilization of the polyolefin functionalized with I-A oxime groups, i.e., for example, to a temperature ranging from 50 °C to 110 °C. Preferably, this reaction is carried out in a reactor.
Avantageusement, le polyéthylène glycol ou son dérivé est introduit en excès. Selon ce mode de réalisation, le ratio molaire fonctions réactives du dérivé de polyéthylène glycol / fonctions oximes de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A va de 1,1/1 à 10/1, et de préférence est de 10/1. Dans le cadre de l’invention, le nombre de moles de fonctions réactives du dérivé de polyéthylène glycol est déterminé tel que détaillé dans le document Hövelmann et al., Macromolecules 2017, 50, 4169-4179. Dans le cadre de l’invention, le nombre de moles de fonctions oximes de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes II est déterminé par la formule suivante :Advantageously, polyethylene glycol or its derivative is introduced in excess. According to this embodiment, the molar ratio of reactive functions of the polyethylene glycol derivative to oxime functions of the polyolefin functionalized with I-A oxime groups ranges from 1.1:1 to 10:1, and is preferably 10:1. In the context of the invention, the number of moles of reactive functions of the polyethylene glycol derivative is determined as detailed in Hövelmann et al., Macromolecules 2017, 50, 4169-4179. In the context of the invention, the number of moles of oxime functions of the polyolefin functionalized with II oxime groups is determined by the following formula:
[Math. 1]
,[Math. 1]
,
avec :
- noximes I-Areprésentant le nombre de fonctions oximes dans la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A,
- mI-Areprésentant la masse de polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A,
- P représentant le pourcentage de fonctionnalisation oxime de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A,
- Munité I-Areprésentant la masse molaire de la ou des unités de répétitions sans fonction oxime de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A (28,05 g/mol si CH2CH2).with :
- n oximes IA representing the number of oxime functions in the polyolefin functionalized with oxime groups IA,
- m IA representing the mass of polyolefin functionalized with oxime groups IA,
- P representing the percentage of oxime functionalization of the polyolefin functionalized with IA oxime groups,
- M unit IA representing the molar mass of the oxime-free repeat unit(s) of the polyolefin functionalized with IA oxime groups (28.05 g/mol if CH2CH2 ).
Selon un septième mode de réalisation, l’étape 3) comprend, voire consiste en, une réaction de greffage de chaînes PCL (polycaprolactone). Selon ce mode de réalisation, cette étape comprend avantageusement une étape de mise en contact de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A avec de l’ε-caprolactame. Cette réaction a lieu avantageusement en présence d’un catalyseur apte à catalyser la polymérisation par ouverture de cycle de l’ε-caprolactame, tel que l’octanoate stanneux par exemple.According to a seventh embodiment, step 3) comprises, or even consists of, a PCL (polycaprolactone) chain grafting reaction. In this embodiment, this step advantageously includes a step of contacting the polyolefin functionalized with I-A oxime groups with ε-caprolactam. This reaction advantageously takes place in the presence of a catalyst capable of catalyzing the ring-opening polymerization of ε-caprolactam, such as stannous octanoate, for example.
De préférence, cette réaction est réalisée en présence d’un solvant. De préférence, cette réaction est réalisée en chauffant le mélange réactionnel, par exemple à une température allant de 50 °C à 190 °C, et typiquement de 100 °C à 170 °C, voire de 120 °C à 150 °C. De préférence, cette réaction est réalisée dans un réacteur.Preferably, this reaction is carried out in the presence of a solvent. Preferably, this reaction is carried out by heating the reaction mixture, for example to a temperature ranging from 50 °C to 190 °C, and typically from 100 °C to 170 °C, or even from 120 °C to 150 °C. Preferably, this reaction is carried out in a reactor.
Selon un huitième mode de réalisation, l’étape 3) comprend, voire consiste en, une réaction d’hydrolyse, afin de convertir les groupes oximes en =O, et ainsi obtenir au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B.According to an eighth embodiment, step 3) includes, or even consists of, a hydrolysis reaction, in order to convert the oxime groups into =O, and thus obtain at least one polyolefin functionalized with carbonyl groups I-B.
De manière usuelle, la réaction d’hydrolyse est réalisée par ajout d’eau éventuellement en mélange avec un solvant miscible à l’eau comme l’acétone ou le formaldéhyde ou la 2,2,2-trifluoroacetophénone par exemple, en milieu acide ou basique. De préférence, cette réaction est réalisée dans un réacteur.Typically, the hydrolysis reaction is carried out by adding water, possibly mixed with a water-miscible solvent such as acetone, formaldehyde, or 2,2,2-trifluoroacetophenone, in an acidic or basic medium. Preferably, this reaction is performed in a reactor.
Dans le cadre de l’invention, on entend par « polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles » une polyoléfine comprenant au moins un groupe ou substituant carbonyle. Lorsque la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles comprend plusieurs groupes ou substituants carbonyles, ces groupes ou substituants peuvent être répartis de manière régulière ou statistique sur ladite polyoléfine fonctionnalisée par des groupes carbonyles. Ces groupes fonctionnels peuvent être intégrés à la chaîne principale et/ou sur la ou les chaines ramifiées si elles sont présentes. Selon un mode de réalisation particulier, la distribution des groupes carbonyles peut être orientée grâce à l’introduction préalable de groupes fonctionnels qui permettent d’orienter la sélectivité lors de la réaction d’introduction des groupes oximes.For the purposes of this invention, a "carbonyl-functionalized polyolefin" is defined as a polyolefin comprising at least one carbonyl group or substituent. When the carbonyl-functionalized polyolefin comprises several carbonyl groups or substituents, these groups or substituents may be distributed regularly or statistically throughout the carbonyl-functionalized polyolefin. These functional groups may be integrated into the main chain and/or onto the branched chain(s) if present. In a particular embodiment, the distribution of the carbonyl groups may be directed by the prior introduction of functional groups that guide the selectivity during the oxime group incorporation reaction.
Par « groupe carbonyle », on entend un groupe -C(O)-.By "carbonyl group" we mean a -C(O)- group.
Selon ce huitième mode de réalisation, le procédé peut comprendre en outre une étape 4) subséquente à l’étape 3), ladite étape 4) comprenant, de préférence consistant à faire réagir les groupes carbonyles présents dans l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B. Selon ce mode de réalisation, le procédé comprend alors, de préférence consiste en, les étapes suivantes :
1) disposer d’au moins une polyoléfine de formule (II) :
[Chem. 19]
(II)
avec :
- R1 représentant un groupe méthyle, éthyle ou n-butyle,
- R2 représentant H, CH3ou OH,
- n représentant un nombre entier allant de 0 à 100000,
- m représentant un nombre entier allant de 0 à 100000, et
- n + m ≠ 0,
2) faire réagir l’au moins une polyoléfine II avec au moins un agent de nitrosation III dans une extrudeuse dans des conditions inertes afin d’obtenir au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A,
3) hydrolyser les groupes oximes présents dans l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A, afin d’obtenir au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B, et
4) faire réagir les groupes carbonyles présents dans l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B.According to this eighth embodiment, the process may further include a step 4) subsequent to step 3), said step 4) preferably comprising reacting the carbonyl groups present in at least one polyolefin functionalized with carbonyl groups IB. According to this embodiment, the process then preferably comprises the following steps:
1) have at least one polyolefin of formula (II):
[Chem. 19]
(II)
with :
- R1 representing a methyl, ethyl or n-butyl group,
- R2 representing H, CH3 or OH,
- n representing an integer ranging from 0 to 100000,
- m representing an integer ranging from 0 to 100000, and
- n + m ≠ 0,
2) react at least one polyolefin II with at least one nitrosating agent III in an extruder under inert conditions in order to obtain at least one polyolefin functionalized with oxime groups IA,
3) hydrolyze the oxime groups present in at least one polyolefin functionalized with oxime groups IA, in order to obtain at least one polyolefin functionalized with carbonyl groups IB, and
4) react the carbonyl groups present in at least one polyolefin functionalized with carbonyl groups IB.
Avantageusement lors de l’étape 3), tous les groupes oximes dans la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oxime I-A présents réagissent. Cependant, il est envisageable de n’en faire réagir qu’une partie (par exemple par introduction de réactifs en défaut), voire de faire réagir une partie des groupes oximes dans une première réaction et une seconde partie (ou plus) dans une seconde réaction (ou plus), sans sortir du cadre de l’invention.Advantageously, in step 3, all oxime groups in the polyolefin functionalized with present I-A oxime groups react. However, it is possible to react only some of them (for example, by introducing limiting reagents), or even to react some of the oxime groups in a first reaction and a second part (or more) in a second reaction (or more), without departing from the scope of the invention.
Selon un second mode de réalisation, la réaction de l’au moins une polyoléfine II avec au moins un agent de nitrosation III dans l’extrudeuse (étape 2) du procédé selon l’invention) est réalisée dans des conditions non inertes, c’est-à-dire en présence d’oxygène et/ou dans des conditions non anhydres, et typiquement en présence d’air. Selon ce mode de réalisation, au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B est alors obtenue à l’issue de l’étape 2). En d’autres termes, l’étape 2) permet alors de fonctionnaliser l’au moins une polyoléfine II avec des groupes carbonyles.According to a second embodiment, the reaction of at least one polyolefin II with at least one nitrosating agent III in the extruder (step 2) of the process according to the invention is carried out under non-inert conditions, i.e., in the presence of oxygen and/or under non-anhydrous conditions, and typically in the presence of air. According to this embodiment, at least one polyolefin functionalized with carbonyl groups I-B is then obtained at the end of step 2). In other words, step 2 allows the at least one polyolefin II to be functionalized with carbonyl groups.
Dans le cadre de l’invention, « fonctionnaliser une polyoléfine avec des groupes carbonyles » et « introduire des groupes carbonyles sur une polyoléfine » sont synonymes, et désignent l’introduction de groupe(s) carbonyle(s) sur la polyoléfine, sur la chaine principale et/ou sur la ou les chaines ramifiées si elles sont présentes.Within the framework of the invention, "functionalizing a polyolefin with carbonyl groups" and "introducing carbonyl groups onto a polyolefin" are synonymous, and refer to the introduction of carbonyl group(s) onto the polyolefin, onto the main chain and/or onto the branched chain(s) if present.
En d’autres termes selon ce second mode de réalisation, le procédé selon l’invention comprend les étapes suivantes :
1) disposer d’au moins une polyoléfine de formule (II) :
[Chem. 20]
(II)
avec :
- R1 représentant un groupe méthyle, éthyle ou n-butyle,
- R2 représentant H, CH3ou OH,
- n représentant un nombre entier allant de 0 à 100000,
- m représentant un nombre entier allant de 0 à 100000, et
- n + m ≠ 0, et
2) faire réagir l’au moins une polyoléfine II avec au moins un agent de nitrosation III dans une extrudeuse dans des conditions non inertes afin d’obtenir au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B.In other words, according to this second embodiment, the process according to the invention comprises the following steps:
1) have at least one polyolefin of formula (II):
[Chem. 20]
(II)
with :
- R1 representing a methyl, ethyl or n-butyl group,
- R2 representing H, CH3 or OH,
- n representing an integer ranging from 0 to 100000,
- m representing an integer ranging from 0 to 100000, and
- n + m ≠ 0, and
2) react at least one polyolefin II with at least one nitrosating agent III in an extruder under non-inert conditions in order to obtain at least one polyolefin functionalized with carbonyl groups IB.
Selon ce second mode de réalisation, le procédé peut comprendre en outre une étape 4) subséquente à l’étape 2), ladite étape 4) comprenant, de préférence consistant à faire réagir les groupes carbonyles présents dans l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B. Selon ce mode de réalisation, le procédé comprend alors, de préférence consiste en, les étapes suivantes :
1) disposer d’au moins une polyoléfine de formule (II) :
[Chem. 21]
(II)
avec :
- R1 représentant un groupe méthyle, éthyle ou n-butyle,
- R2 représentant H, CH3ou OH,
- n représentant un nombre entier allant de 0 à 100000,
- m représentant un nombre entier allant de 0 à 100000, et
- n + m ≠ 0,
2) faire réagir l’au moins une polyoléfine II avec au moins un agent de nitrosation III dans une extrudeuse dans des conditions non inertes afin d’obtenir au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B, et
4) faire réagir les groupes carbonyles présents dans l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B.According to this second embodiment, the process may further include a step 4) subsequent to step 2), said step 4) preferably comprising reacting the carbonyl groups present in at least one polyolefin functionalized with carbonyl groups IB. According to this embodiment, the process then preferably comprises the following steps:
1) have at least one polyolefin of formula (II):
[Chem. 21]
(II)
with :
- R1 representing a methyl, ethyl or n-butyl group,
- R2 representing H, CH3 or OH,
- n representing an integer ranging from 0 to 100000,
- m representing an integer ranging from 0 to 100000, and
- n + m ≠ 0,
2) react at least one polyolefin II with at least one nitrosating agent III in an extruder under non-inert conditions to obtain at least one polyolefin functionalized with carbonyl groups IB, and
4) react the carbonyl groups present in at least one polyolefin functionalized with carbonyl groups IB.
Avantageusement lors de l’étape 4), tous les groupes carbonyles dans la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B présents réagissent. Cependant, il est envisageable de n’en faire réagir qu’une partie (par exemple par introduction de réactifs en défaut), voire de faire réagir une partie des groupes carbonyles dans une première réaction et une seconde partie (ou plus) dans une seconde réaction (ou plus), sans sortir du cadre de l’invention.Advantageously, in step 4, all carbonyl groups in the polyolefin functionalized with present I-B carbonyl groups react. However, it is possible to react only some of them (for example, by introducing limiting reagents), or even to react some of the carbonyl groups in a first reaction and a second part (or more) in a second reaction (or more), without departing from the scope of the invention.
L’étape 4) peut comprendre une ou plusieurs réactions des groupes carbonyles présents dans l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B. L’étape 4) peut comprendre une ou plusieurs réactions des groupes carbonyles présents dans l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B, voire des réactions subséquentes à une ou plusieurs réactions desdits groupes carbonyles.Step 4) may include one or more reactions of the carbonyl groups present in at least one polyolefin functionalized with I-B carbonyl groups. Step 4) may include one or more reactions of the carbonyl groups present in at least one polyolefin functionalized with I-B carbonyl groups, or even reactions subsequent to one or more reactions of said carbonyl groups.
Diverses réactions impliquant la réaction des fonctions carbonyles de l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B (obtenue directement dans des conditions non-inertes à l’issue de l’étape 2), ou obtenue à l’issue de l’étape 3) par hydrolyse en milieu acide de l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée oxime I-A obtenue à l’étape 2) dans des condition inertes) peuvent être envisagées lors de l’étape 4), et notamment une réaction de Baeyer-Villiger (également connue sous le nom d’oxydation de Baeyer-Villiger).Various reactions involving the reaction of the carbonyl functions of at least one polyolefin functionalized with I-B carbonyl groups (obtained directly under non-inert conditions at the end of step 2), or obtained at the end of step 3) by acid hydrolysis of at least one oxime I-A functionalized polyolefin obtained in step 2) under inert conditions) can be considered in step 4), and in particular a Baeyer-Villiger reaction (also known as Baeyer-Villiger oxidation).
Selon un premier mode de réalisation, l’étape 4) comprend, de préférence consiste en, une réaction d’oxydation de Baeyer-Villiger. Cette réaction permet alors d’obtenir une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes esters I-C.According to a first embodiment, step 4) preferably comprises a Baeyer-Villiger oxidation reaction. This reaction then yields a polyolefin functionalized with I-C ester groups.
Selon ce mode de réalisation, l’étape 4) comprend une étape de mise en contact de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B avec un peracide, tel que l’eau oxygénée, l’acide 3-chloroperbenzoique, l’acide peroxyacétique, ou l’acide peroxytrifluoroacétique.According to this embodiment, step 4) includes a step of contacting the polyolefin functionalized with carbonyl groups I-B with a peracid, such as hydrogen peroxide, 3-chloroperbenzoic acid, peroxyacetic acid, or peroxytrifluoroacetic acid.
De préférence, cette réaction est réalisée en présence d’un solvant. De préférence, cette réaction est réalisée en chauffant le mélange réactionnel, par exemple à une température allant de 50 °C à 190 °C, et typiquement de 70 °C à 110 °C.Preferably, this reaction is carried out in the presence of a solvent. Preferably, this reaction is carried out by heating the reaction mixture, for example to a temperature ranging from 50 °C to 190 °C, and typically from 70 °C to 110 °C.
Suite à cette réaction de Baeyer-Villiger, l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes esters I-C peut être engagée dans une réaction de méthanolyse. Avantageusement selon ce mode de réalisation, l’au moins une polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes esters I-C est alors mis en contact avec du méthanol. De préférence, le méthanol est introduit en excès. De préférence, cette réaction est réalisée en présence d’un solvant. De préférence, cette réaction est réalisée en milieu acide : la réaction est alors réalisée en présence d’un acide, tel que l’acide para-toluène sulfonique par exemple.Following the Baeyer-Villiger reaction, at least one polyolefin functionalized with I-C ester groups can undergo a methanolysis reaction. Advantageously, in this embodiment, the at least one polyolefin functionalized with I-C ester groups is then contacted with methanol. Preferably, the methanol is introduced in excess. Preferably, this reaction is carried out in the presence of a solvent. Preferably, this reaction is carried out in an acidic medium: the reaction is then carried out in the presence of an acid, such as para-toluenesulfonic acid, for example.
Selon un mode de réalisation particulier, l’étape 2) comprend, préalablement à une éventuelle étape 3) et/ou 4), la purification de la polyoléfine fonctionnalisée I obtenue (polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A ou polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B). Cette étape de purification peut par exemple être réalisée par une précipitation de la polyoléfine fonctionnalisée I. La précipitation peut être suivie de centrifugation(s) et/ou filtration(s). Il est clair que cette étape de purification est facultative, et que l’homme du métier peut déterminer l’intérêt d’effectuer une telle étape.According to a particular embodiment, step 2) includes, prior to a possible step 3) and/or 4), the purification of the functionalized polyolefin I obtained (polyolefin functionalized with oxime groups I-A or polyolefin functionalized with carbonyl groups I-B). This purification step can, for example, be carried out by precipitation of the functionalized polyolefin I. The precipitation can be followed by centrifugation(s) and/or filtration(s). It is clear that this purification step is optional, and that those skilled in the art can determine whether it is beneficial.
Selon un premier mode de réalisation, les étapes 2) et 3) et/ou 4) du procédé selon l’invention sont réalisées de manière séquentielle : la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A (obtenue à l’étape 2)) et/ou la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B (obtenue à l’étape 2) ou 3)) est isolée (après une éventuelle étape de purification) puis engagée dans l’étape 3) ou 4).According to a first embodiment, steps 2) and 3) and/or 4) of the process according to the invention are carried out sequentially: the polyolefin functionalized with I-A oxime groups (obtained in step 2)) and/or the polyolefin functionalized with I-B carbonyl groups (obtained in step 2) or 3)) is isolated (after a possible purification step) and then engaged in step 3) or 4).
Selon un second mode de réalisation, les étapes 2) et 3) et/ou 4 de la méthode selon l’invention sont réalisées de manière successive dans la même extrudeuse : la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A (obtenue à l’étape 2)) et/ou la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B (obtenue à l’étape 2) ou 3)) n’est pas isolée (donc pas d’étape de purification) et est engagée dans l’étape 3) ou 4) par ajout des réactifs dans l’extrudeuse pour réaliser la réaction de l’étape 3) ou 4).According to a second embodiment, steps 2) and 3) and/or 4 of the method according to the invention are carried out successively in the same extruder: the polyolefin functionalized with oxime groups I-A (obtained in step 2)) and/or the polyolefin functionalized with carbonyl groups I-B (obtained in step 2) or 3)) is not isolated (therefore no purification step) and is engaged in step 3) or 4) by adding the reagents into the extruder to carry out the reaction of step 3) or 4).
Le procédé selon l’invention permet d’obtenir aisément des polyoléfines (ou des molécules de plus petits poids moléculaire) comportant une grande variété de groupes fonctionnels. Il est par ailleurs envisageable d’utiliser la réactivité connue des oximes ou des carbonyles pour obtenir d’autres groupes fonctionnels que ceux décrits ci-dessus sans sortir du cadre de l’invention.The process according to the invention makes it easy to obtain polyolefins (or molecules of smaller molecular weight) comprising a wide variety of functional groups. It is also possible to use the known reactivity of oximes or carbonyls to obtain functional groups other than those described above without departing from the scope of the invention.
L’invention concerne également la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes oximes I-A obtenue conformément au procédé selon l’invention détaillé ci-dessus.The invention also relates to the polyolefin functionalized with I-A oxime groups obtained in accordance with the process according to the invention detailed above.
L’invention concerne également la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B obtenue conformément au procédé selon l’invention détaillé ci-dessus (dans des conditions non inertes à l’issue de l’étape 2), ou via la formation d’au moins une polyoléfine fonctionnalisée oxime I-A dans des conditions inertes, suivie d’une hydrolyse en milieu acide).The invention also relates to the polyolefin functionalized with carbonyl groups I-B obtained according to the process according to the invention detailed above (under non-inert conditions at the end of step 2), or via the formation of at least one oxime functionalized polyolefin I-A under inert conditions, followed by hydrolysis in acidic medium).
Exemple 1 : fonctionnalisation de HDPE sous air ambiantExample 1: Functionalization of HDPE under ambient air
Exemple 1.1 : polyoléfine fonctionnalisée carbonyle I-B-1Example 1.1: Carbonyl functionalized polyolefin I-B-1
Une réaction de fonctionnalisation par extrusion réactive sous air ambiant a été réalisée, telle que détaillée ci-dessous.A functionalization reaction by reactive extrusion under ambient air was carried out, as detailed below.
Cette réaction a été réalisée à l’aide d’un équipement de type Brabender MetaStation 4 muni d'un mélangeur Plastograph Type 50. Le mélangeur doseur a été chauffé à 150 °C. La vitesse des vis a été réglée à 50 tr/min et du HDPE II-1 (1 eq., Mn= 15715 g/mol,Ð= 16,42 ; 30 g, 1,07 mol, commercialisé par Sigma Aldrich sous la référence 54799, et ayant un indice de fluidité à chaud (ou melt index) de 2,2g/10 min à 190°C et 2,16 kg) a été ajouté séquentiellement dans le mélangeur doseur pendant 5 minutes. La vitesse des vis a ensuite été augmentée à 100 tr/min. Dutert-butyl nitrite III-9 (0,1 eq., 12,8 mL, 0,107 mol) a alors été ajouté à l’aide d’une seringue dans la zone de mixage sur une durée de 5 minutes. Le mélange a ainsi été extrudé pendant un temps de résidence de 2 heures à 150 °C, avec un suivi continu de la variation de viscosité. La vitesse des vis a alors été diminuée à 0 tr/min avant d’ouvrir le mélangeur doseur. Le polymère fonctionnalisé résultant I-B-1 a été récupéré avec une spatule et refroidi à température ambiante (28 g, 93 % de conversion).This reaction was carried out using a Brabender MetaStation 4 equipped with a Plastograph Type 50 mixer. The metering mixer was heated to 150 °C. The screw speed was set to 50 rpm, and HDPE II-1 (1 eq., Mn = 15715 g/mol, Δ = 16.42; 30 g, 1.07 mol, marketed by Sigma Aldrich under reference 54799, and having a melt index of 2.2 g/10 min at 190 °C and 2.16 kg) was added sequentially to the metering mixer for 5 minutes. The screw speed was then increased to 100 rpm. Tert -butyl nitrite III-9 (0.1 eq., 12.8 mL, 0.107 mol) was then added via syringe to the mixing zone for 5 minutes. The mixture was then extruded for a residence time of 2 hours at 150 °C, with continuous monitoring of the viscosity change. The screw speed was then reduced to 0 rpm before opening the metering mixer. The resulting functionalized polymer, IB-1, was collected with a spatula and cooled to room temperature (28 g, 93% conversion).
Le polymère fonctionnalisé par des groupes carbonyles I-B-1 a été analysé par1H RMN :The polymer functionalized with carbonyl groups IB-1 was analyzed by 1 H NMR:
1H RMN (600 MHz, C2D2Cl4, 110 °C) δ 2.46-2.43 (m), 1.85-1.72 (m), 1.50-1.29 (m), 1.01-0.94 (m). 1 H NMR (600 MHz, C 2 D 2 Cl 4 , 110 °C) δ 2.46-2.43 (m), 1.85-1.72 (m), 1.50-1.29 (m), 1.01-0.94 (m).
Le spectre1H RMN obtenu est représenté en
Le pourcentage de fonctionnalisation du polymère fonctionnalisé avec des fonctions carbonyles I-B-1 a été déterminé par intégration de signaux caractéristiques du spectre RMN1H. Compte tenu de la composition du polymère I-B-1, les pics entre 0,8 et 2,0 ppm ont été intégrés à un total de 400 protons. Les protons présents en alpha et alpha’ de la fonction carbonyle incorporée, apparaissant entre 2,43 et 2,46 ppm, sont utilisés pour déterminer le pourcentage molaire de fonctions carbonyles par unité de répétition. Les analyses du polymère fonctionnalisé I-B-1 ainsi obtenu montrent qu’il s’agit d’un HDPE fonctionnalisé avec des fonctions carbonyles, incorporant 0,6 % molaire de fonctions cétones.The percentage of functionalization of the carbonyl-functionalized polymer IB-1 was determined by integrating characteristic signals from the 1H NMR spectrum. Given the composition of polymer IB-1, the peaks between 0.8 and 2.0 ppm were integrated, totaling 400 protons. The protons present in the alpha and alpha' positions of the incorporated carbonyl group, appearing between 2.43 and 2.46 ppm, were used to determine the molar percentage of carbonyl groups per repeating unit. Analysis of the resulting functionalized polymer IB-1 shows that it is a carbonyl-functionalized HDPE incorporating 0.6 mol% ketone groups.
Le polymère fonctionnalisé avec des fonctions carbonyles obtenu I-B-1 a également été analysé par spectroscopie infrarouge.The polymer functionalized with carbonyl groups obtained I-B-1 was also analyzed by infrared spectroscopy.
IR (sec, ATR, cm-1) 2914, 2846, 1554, 1471, 1461, 1367, 1262, 1100, 1026, 803, 730, 719.IR (sec, ATR, cm -1 ) 2914, 2846, 1554, 1471, 1461, 1367, 1262, 1100, 1026, 803, 730, 719.
Le polymère fonctionnalisé avec des fonctions carbonyles obtenu I-B-1 a été caractérisé par chromatographie d’exclusion stérique, ou chromatographie par perméation de gel (140 °C, 1,3,5-trichlorobenzène). La chromatographie d’exclusion stérique ou chromatographie par perméation de gel (GPC) a été obtenue en utilisant un appareil Agilent PL-GPC120 (haute température) avec une détection par indice de réfraction, en utilisant des solutions étalons de polystyrène dans du trichlorobenzène (TCB) avec du BHT à 140 °C, l'appareil étant équipé d'une colonne de garde Plgel et de deux colonnes Plgel 5 µm mixed-c. Les résultats ont été comparés avec le HDPE II-1 utilisé en tant que réactif. Les résultats sont indiqués dans le tableau 1 ci-dessous.The carbonyl-functionalized polymer I-B-1 was characterized by size-exclusion chromatography, or gel permeation chromatography (140 °C, 1,3,5-trichlorobenzene). Size-exclusion chromatography or gel permeation chromatography (GPC) was performed using an Agilent PL-GPC120 (high temperature) instrument with refractive index detection, using polystyrene-in-trichlorobenzene (TCB) standard solutions with BHT at 140 °C. The instrument was equipped with a Plgel guard column and two 5 µm Plgel mixed-c columns. The results were compared with HDPE II-1 used as a reagent. The results are shown in Table 1 below.
Le taux de cristallinité a été déterminé par calorimétrie différentielle à balayage (DSC), par le ratio entre l’enthalpie de fusion mesurée pour l’échantillon considéré et l’enthalpie de fusion de l’échantillon 100% cristallin. Il a ainsi été déterminé que le taux de cristallinité du HDPE II-1 utilisé en tant que réactif est de 63%, et que celui de la polyoléfine fonctionnalisée avec des groupes carbonyles I-B-1 est de 57%.The degree of crystallinity was determined by differential scanning calorimetry (DSC), using the ratio between the enthalpy of fusion measured for the sample and the enthalpy of fusion of a 100% crystalline sample. This revealed that the degree of crystallinity of the HDPE II-1 used as a reagent is 63%, and that of the polyolefin functionalized with I-B-1 carbonyl groups is 57%.
Exemple 1.2 : Polyoléfine fonctionnalisée carbonyle I-B-2Example 1.2: Carbonyl functionalized polyolefin I-B-2
Une autre réaction de fonctionnalisation par extrusion réactive sous air ambiant a été réalisée, telle que détaillée ci-dessous.Another functionalization reaction by reactive extrusion under ambient air was carried out, as detailed below.
Cette réaction a été réalisée à l’aide d’un équipement de type Thermo Scientific Minilab II HAAKE Rheomex CTW5. Le mélangeur doseur est chauffé à 150 °C. La vitesse des vis a été réglée à 50 tr/min. Le HDPE II-1 (Mn= 15715 g/mol, Ð = 16,42 ; 4 g, 142,86 mmol, commercialisé par Sigma Aldrich sous la référence 54799, et ayant un indice de fluidité à chaud (ou melt index) de 2,2g/10 min à 190°C et 2,16 kg) a été ajouté séquentiellement dans le mélangeur doseur pendant 5 minutes. La vitesse des vis a ensuite été augmentée à 100 tr/min. Puis, letert-butyl nitrite (1,7 mL, 14,286 mmol) a été ajouté à l’aide d’une seringue dans la zone de mixage sur une durée de 5 minutes et le mélange a été extrudé pendant un temps de résidence de 2 heures à 150 °C, avec un suivi continu de la variation de viscosité. La vitesse des vis a ensuite été diminuée à 0 tr/min avant d’ouvrir le mélangeur doseur. Le HDPE modifié a ensuite été directement injecté grâce à un appareil de type Thermo Scientific HAAKE MiniJET PRO dans un moule de type Mould Tensile Bar 557-2289. Six éprouvettes de polyoléfine fonctionnalisée carbonyle I-B-2 ont ainsi été obtenues (3,86 g, 96 % de conversion).This reaction was carried out using a Thermo Scientific Minilab II HAAKE Rheomex CTW5. The dosing mixer was heated to 150 °C. The screw speed was set to 50 rpm. HDPE II-1 (M <sub>n</sub> = 15715 g/mol, Δ = 16.42; 4 g, 142.86 mmol, marketed by Sigma Aldrich under reference 54799, and having a melt index of 2.2 g/10 min at 190 °C and 2.16 kg) was added sequentially to the dosing mixer for 5 minutes. The screw speed was then increased to 100 rpm. Then, tert -butyl nitrite (1.7 mL, 14.286 mmol) was added via syringe to the mixing zone over 5 minutes, and the mixture was extruded for a residence time of 2 hours at 150 °C, with continuous monitoring of the viscosity change. The screw speed was then reduced to 0 rpm before opening the metering mixer. The modified HDPE was then directly injected into a Mould Tensile Bar 557-2289 mold using a Thermo Scientific HAAKE MiniJET PRO device. Six test specimens of carbonyl functionalized polyolefin IB-2 were thus obtained (3.86 g, 96% conversion).
Le polymère fonctionnalisé par des groupes carbonyles I-B-2 a été analysé par1H RMN :The polymer functionalized with carbonyl groups IB-2 was analyzed by 1 H NMR:
1H RMN (600 MHz, C2D2Cl4, 110 °C) δ 2.46-2.43 (m), 1.85-1.75 (m), 1.50-1.29 (m), 1.01-0.94 (m). 1 H NMR (600 MHz, C 2 D 2 Cl 4 , 110 °C) δ 2.46-2.43 (m), 1.85-1.75 (m), 1.50-1.29 (m), 1.01-0.94 (m).
Le pourcentage de fonctionnalisation du polymère fonctionnalisé avec des fonctions carbonyles I-B-2 a été déterminé par intégration de signaux caractéristiques du spectre RMN1H. Compte tenu de la composition du polymère I-B-2, les pics entre 0,8 et 2,0 ppm ont été intégrés à un total de 400 protons. Les protons présents en alpha et alpha’ de la fonction carbonyle incorporée, apparaissant entre 2,43 et 2,46 ppm, sont utilisés pour déterminer le pourcentage molaire de fonctions carbonyles par unité de répétition. Les analyses du polymère fonctionnalisé I-B-2 ainsi obtenu montrent qu’il s’agit d’un HDPE fonctionnalisé avec des fonctions carbonyles, incorporant 0,05 % molaire de fonctions cétones.The percentage of functionalization of the carbonyl-functionalized polymer IB-2 was determined by integrating characteristic signals from the 1H NMR spectrum. Given the composition of the IB-2 polymer, the peaks between 0.8 and 2.0 ppm were integrated, totaling 400 protons. The protons present in the alpha and alpha' positions of the incorporated carbonyl group, appearing between 2.43 and 2.46 ppm, were used to determine the molar percentage of carbonyl groups per repeating unit. Analysis of the resulting IB-2 functionalized polymer shows that it is a carbonyl-functionalized HDPE incorporating 0.05 mol% ketone groups.
Le polymère fonctionnalisé avec des fonctions carbonyles obtenu I-B-2 a également été analysé par spectroscopie infrarouge.The polymer functionalized with carbonyl functions obtained I-B-2 was also analyzed by infrared spectroscopy.
IR (sec, ATR, cm-1) 3376, 2914, 2847, 2360, 2342, 1674, 1593, 1463, 1376, 1268, 1051, 972, 718, 445.IR (sec, ATR, cm -1 ) 3376, 2914, 2847, 2360, 2342, 1674, 1593, 1463, 1376, 1268, 1051, 972, 718, 445.
Exemple 2 : fonctionnalisation de HDPE dans des conditions inertesExample 2: Functionalization of HDPE under inert conditions
Exemple 2.1 : polyoléfine fonctionnalisée oxime I-A-1Example 2.1: Functionalized oxime I-A-1 polyolefin
Une réaction de fonctionnalisation par extrusion réactive sous atmosphère inerte a été réalisée, telle que détaillée ci-dessous.A functionalization reaction by reactive extrusion under an inert atmosphere was carried out, as detailed below.
Cette réaction a été réalisée à l’aide d’un équipement de type Thermo Scientific Minilab II HAAKE Rheomex CTW5. Le mélangeur doseur a été chauffé à 150 °C. La vitesse des vis a été réglée à 50 tr/min. Le système a été purgé avec de l'azote pendant 5 minutes. Le HDPE II-1 (1 eq., Mn = 15715 g/mol, Ð = 16,42 ; 2,2 g, 78,6 mmol, commercialisé par Sigma Aldrich sous la référence 54799, et ayant un indice de fluidité à chaud (ou melt index) de 2,2g/10 min à 190°C et 2,16 kg) a été ajouté séquentiellement dans le mélangeur doseur pendant 5 minutes. La vitesse des vis a ensuite été augmentée à 100 tr/min. Puis, du tert-butyl nitrite III-9 (0,1 eq., 0,95 mL, 7,86 mmol) a été ajouté à l’aide d’une seringue dans la zone de mixage sur une durée de 5 minutes et le mélange a été extrudé pendant un temps de résidence de 2 heures à 150 °C, avec un suivi continu de la variation de viscosité. Toute la procédure a ainsi été mise en œuvre sous un flux d'azote. La vitesse des vis a ensuite été diminuée à 0 tr/min avant d’ouvrir le mélangeur doseur. Le HDPE fonctionnalisé I-A-1 est ensuite récupéré à l’aide d’une spatule et refroidi à température ambiante (2,18 g, 99 % de conversion). Les analyses par RMN ont montré qu’il s’agit d’un HDPE fonctionnalisé avec des fonctions oximes.This reaction was carried out using Thermo Scientific Minilab II HAAKE Rheomex CTW5 equipment. The dosing mixer was heated to 150 °C. The screw speed was set to 50 rpm. The system was purged with nitrogen for 5 minutes. HDPE II-1 (1 eq., Mn = 15715 g/mol, Δ = 16.42; 2.2 g, 78.6 mmol, marketed by Sigma Aldrich under reference 54799, and having a melt index of 2.2 g/10 min at 190 °C and 2.16 kg) was added sequentially to the dosing mixer for 5 minutes. The screw speed was then increased to 100 rpm. Then, tert-butyl nitrite III-9 (0.1 eq., 0.95 mL, 7.86 mmol) was added via syringe to the mixing zone over 5 minutes, and the mixture was extruded for a residence time of 2 hours at 150 °C, with continuous monitoring of the viscosity change. The entire procedure was carried out under a nitrogen flow. The screw speed was then reduced to 0 rpm before opening the metering mixer. The functionalized HDPE I-A-1 was then recovered using a spatula and cooled to room temperature (2.18 g, 99% conversion). NMR analysis showed that it is an HDPE functionalized with oxime groups.
Le polymère fonctionnalisé par des groupes oximes I-A-1 a été analysé par1H RMN :The polymer functionalized with IA-1 oxime groups was analyzed by 1H NMR:
1H RMN (600 MHz, C2D2Cl4, 110 °C) δ 2.46-2.14 (m), 1.85-1.75 (m), 1.50-1.29 (m), 1.01-0.94 (m). 1 H NMR (600 MHz, C 2 D 2 Cl 4 , 110 °C) δ 2.46-2.14 (m), 1.85-1.75 (m), 1.50-1.29 (m), 1.01-0.94 (m).
Le spectre1H RMN obtenu est représenté en
Le pourcentage d’incorporation de fonction oximes dans le polymère I-A-1 a ensuite été déterminé par intégration des signaux du spectre RMN1H. Compte tenu de la composition du polymère, les pics entre 0,8 et 2,0 ppm ont été intégrés à un total de 400 protons. Les protons présents en position alpha et alpha’ de la fonction oxime incorporée apparaissent entre 2,1 et 2,5 ppm et sont utilisés afin de déterminer le pourcentage molaire de fonction oxime par unité de répétition. Il a ainsi été déterminé que le HDPE fonctionnalisé avec des fonctions oximes I-A-1 comporte 0,25 % molaire en fonctions oxime.The percentage of oxime functionalities incorporated into the IA-1 polymer was then determined by integrating the signals from the 1H NMR spectrum. Given the polymer composition, the peaks between 0.8 and 2.0 ppm were integrated, totaling 400 protons. The protons present in the alpha and alpha' positions of the incorporated oxime function appear between 2.1 and 2.5 ppm and are used to determine the molar percentage of oxime function per repeat unit. It was thus determined that the IA-1 oxime-functionalized HDPE contains 0.25 molar oxime functions.
Le polymère fonctionnalisé avec des fonctions oximes obtenu I-A-1 a également été analysé par spectroscopie infrarouge.The polymer functionalized with oxime functions obtained I-A-1 was also analyzed by infrared spectroscopy.
IR (sec, ATR, cm-1) 3376, 2914, 2847, 2360, 2342, 1674, 1593, 1463, 1376, 1268, 1051, 972, 718, 445.IR (sec, ATR, cm -1 ) 3376, 2914, 2847, 2360, 2342, 1674, 1593, 1463, 1376, 1268, 1051, 972, 718, 445.
Le polymère fonctionnalisé avec des fonctions oximes obtenu I-A-1 a été caractérisé par chromatographie d’exclusion stérique, ou chromatographie par perméation de gel (140 °C, 1,3,5-trichlorobenzène). La chromatographie d’exclusion stérique ou chromatographie par perméation de gel (GPC) a été obtenue en utilisant un appareil Agilent PL-GPC120 (haute température) avec une détection par indice de réfraction, en utilisant des solutions étalons de polystyrène dans du trichlorobenzène (TCB) avec du BHT à 140 °C, l'appareil étant équipé d'une colonne de garde Plgel et de deux colonnes Plgel 5 µm mixed-c. Les résultats ont été comparés avec le HDPE II-1 utilisé en tant que réactif. Les résultats sont indiqués dans le tableau 2 ci-dessous.The oxime-functionalized polymer I-A-1 was characterized by size-exclusion chromatography, or gel permeation chromatography (140 °C, 1,3,5-trichlorobenzene). Size-exclusion chromatography or gel permeation chromatography (GPC) was performed using an Agilent PL-GPC120 (high temperature) instrument with refractive index detection, using polystyrene-in-trichlorobenzene (TCB) standard solutions with BHT at 140 °C. The instrument was equipped with a Plgel guard column and two 5 µm Plgel mixed-c columns. The results were compared with HDPE II-1 used as a reagent. The results are shown in Table 2 below.
Exemple 2.2 : polyoléfine fonctionnalisée oxime I-A-2Example 2.2: I-A-2 oxime functionalized polyolefin
Une autre réaction de fonctionnalisation par extrusion réactive sous atmosphère inerte a été réalisée, telle que détaillée ci-dessous.Another functionalization reaction by reactive extrusion under an inert atmosphere was carried out, as detailed below.
Cette réaction a été réalisée à l’aide d’un équipement de type Thermo Scientific Minilab II HAAKE Rheomex CTW5. Le mélangeur doseur est chauffé à 150 °C. La vitesse des vis a été réglée à 50 tr/min. Le système a été purgé avec de l'azote pendant 5 minutes. Le HDPE II-1 (Mn= 15715 g/mol, Ð = 16,42 ; 3,12 g, 111,4 mmol, commercialisé par Sigma Aldrich sous la référence 54799, et ayant un indice de fluidité à chaud (ou melt index) de 2,2g/10 min à 190°C et 2,16 kg) a été ajouté séquentiellement dans le mélangeur doseur pendant 5 minutes. La vitesse des vis a ensuite été augmentée à 100 tr/min. Puis, letert-butyl nitrite (1,5 mL, 11,14 mmol) a été ajouté à l’aide d’une seringue dans la zone de mixage sur une durée de 5 minutes et le mélange a été extrudé pendant un temps de résidence de 2 heures à 150 °C, avec un suivi continu de la variation de viscosité. Toute la procédure a ainsi été mise en œuvre sous un flux d'azote. La vitesse des vis a ensuite été diminuée à 0 tr/min avant d’ouvrir le mélangeur doseur. Le HDPE modifié a ensuite été directement injecté grâce à un appareil de type Thermo Scientific HAAKE MiniJET PRO dans un moule de type Mould Tensile Bar 557-2289. Six éprouvettes en polyoléfine fonctionnalisée oxime I-A-2 ont ainsi été obtenues (2,98 g, 96 % de conversion).This reaction was carried out using a Thermo Scientific Minilab II HAAKE Rheomex CTW5. The dosing mixer was heated to 150 °C. The screw speed was set to 50 rpm. The system was purged with nitrogen for 5 minutes. HDPE II-1 (M <sub>n</sub> = 15715 g/mol, Δ = 16.42; 3.12 g, 111.4 mmol, marketed by Sigma Aldrich under reference 54799, and having a melt index of 2.2 g/10 min at 190 °C and 2.16 kg) was added sequentially to the dosing mixer for 5 minutes. The screw speed was then increased to 100 rpm. Then, tert -butyl nitrite (1.5 mL, 11.14 mmol) was added via syringe to the mixing zone over a period of 5 minutes, and the mixture was extruded for a residence time of 2 hours at 150 °C, with continuous monitoring of the viscosity change. The entire procedure was carried out under a nitrogen flow. The screw speed was then reduced to 0 rpm before opening the metering mixer. The modified HDPE was then directly injected using a Thermo Scientific HAAKE MiniJET PRO device into a Mould Tensile Bar 557-2289 mold. Six test specimens of oxime IA-2 functionalized polyolefin were thus obtained (2.98 g, 96% conversion).
Le polymère fonctionnalisé par des groupes oximes I-A-2 a été analysé par1H RMN :The polymer functionalized with IA-2 oxime groups was analyzed by 1H NMR:
1H RMN (600 MHz, C2D2Cl4, 110 °C) δ 2.46-2.14 (m), 1.85-1.75 (m), 1.50-1.29 (m), 1.01-0.94 (m). 1 H NMR (600 MHz, C 2 D 2 Cl 4 , 110 °C) δ 2.46-2.14 (m), 1.85-1.75 (m), 1.50-1.29 (m), 1.01-0.94 (m).
Le pourcentage d’incorporation de fonction oximes dans le polymère I-A-2 a ensuite été déterminé par intégration des signaux du spectre RMN1H. Compte tenu de la composition du polymère, les pics entre 0,8 et 2,0 ppm ont été intégrés à un total de 400 protons. Les protons présents en position alpha et alpha’ de la fonction oxime incorporée apparaissent entre 2,1 et 2,5 ppm et sont utilisés afin de déterminer le pourcentage molaire de fonction oxime par unité de répétition. Il a ainsi été déterminé que le HDPE fonctionnalisé avec des fonctions oximes I-A-2 comporte 0,1 % molaire en fonctions oxime.The percentage of oxime functionalities incorporated into the IA-2 polymer was then determined by integrating the signals from the 1H NMR spectrum. Given the polymer composition, the peaks between 0.8 and 2.0 ppm were integrated, totaling 400 protons. The protons present in the alpha and alpha' positions of the incorporated oxime function appear between 2.1 and 2.5 ppm and are used to determine the molar percentage of oxime function per repeat unit. It was thus determined that the IA-2 oxime-functionalized HDPE contains 0.1 molar oxime functions.
Le polymère fonctionnalisé avec des fonctions oximes obtenu I-A-2 a également été analysé par spectroscopie infrarouge.The polymer functionalized with oxime functions obtained I-A-2 was also analyzed by infrared spectroscopy.
IR (sec, ATR, cm-1) 3376, 2914, 2847, 2360, 2342, 1674, 1593, 1463, 1376, 1268, 1051, 972, 718, 445.IR (sec, ATR, cm -1 ) 3376, 2914, 2847, 2360, 2342, 1674, 1593, 1463, 1376, 1268, 1051, 972, 718, 445.
Les polymères fonctionnalisés par des groupes oximes I-A-1 et I-A-2 peuvent ensuite être engagés dans diverses réactions impliquant les fonctions oximes, tel que décrit dans la demande PCT/FR2024/050991.Polymers functionalized with I-A-1 and I-A-2 oxime groups can then be engaged in various reactions involving the oxime functions, as described in PCT/FR2024/050991 application.
Exemple 3 : Réaction de Baeyer-Villiger sur le HDPE fonctionnalisé carbonyle I-B-1Example 3: Baeyer-Villiger reaction on carbonyl functionalized HDPE I-B-1
Une oxydation de Baeyer-Villiger a ensuite été réalisée sur le HDPE fonctionnalisé par des groupes carbonyles I-B-1, telle que détaillée ci-dessous.A Baeyer-Villiger oxidation was then carried out on the HDPE functionalized with I-B-1 carbonyl groups, as detailed below.
Le HDPE fonctionnalisé avec des fonctions carbonyles I-B-1, avec un taux d’incorporation de 0,6 mol % (250 mg, 5,95 mmol), ainsi que de l’acide 3-chloroperbenzoique (10,3 g, 59,5 mmol) ont été introduits dans un ballon bicol à fond rond équipé d'un agitateur magnétique et d'un réfrigérant. Le ballon a ensuite été placé sous vide. Trois cycles successifs de mise sous vide et purge à l’argon ont alors été effectués. Sous argon, du chlorobenzène (50 mL) a été ajouté. Le ballon de réaction a ensuite été chauffé à 100 °C pendant 30 minutes afin d’obtenir un mélange homogène. Le milieu réactionnel a ensuite été maintenu à la température de 80°C. La réaction a été laissée sous agitation pendant 24 heures avant de refroidir le mélange à température ambiante. La solution homogène a ensuite été précipitée goutte-à-goutte dans un excès de méthanol (100 mL) sous agitation. Le milieu a alors été transféré dans deux tubes de type Falcon afin de récupérer le polymère par centrifugation (trois cycles). Le polymère ainsi récupéré a été placé sous vide poussé (< 1 mbar), pendant une nuit avant d'être caractérisé (245 mg, 98 % de conversion).HDPE functionalized with I-B-1 carbonyl groups, at an incorporation rate of 0.6 mol% (250 mg, 5.95 mmol), and 3-chloroperbenzoic acid (10.3 g, 59.5 mmol) were introduced into a round-bottom, two-necked flask equipped with a magnetic stirrer and a condenser. The flask was then placed under vacuum. Three successive cycles of vacuum and argon purging were then performed. Under argon, chlorobenzene (50 mL) was added. The reaction flask was then heated to 100 °C for 30 minutes to obtain a homogeneous mixture. The reaction mixture was then maintained at 80 °C. The reaction was allowed to proceed under stirring for 24 hours before the mixture was cooled to room temperature. The homogeneous solution was then precipitated dropwise in excess methanol (100 mL) with stirring. The mixture was then transferred to two Falcon tubes to recover the polymer by centrifugation (three cycles). The recovered polymer was placed under high vacuum (< 1 mbar) overnight before being characterized (245 mg, 98% conversion).
Le HDPE fonctionnalisé ester I-C-1 obtenu a été caractérisé par1H RMN :The IC-1 ester functionalized HDPE obtained was characterized by 1H NMR:
1H RMN (600 MHz, C2D2Cl4, 110 °C) δ (ppm) δ 4.17-4.15 (m), 2.45-2.43 (m), 2.39-2.36 (m), 1.74-1.71 (m), 1.51-1.29 (m), 1.02-0.97 (m). 1 H NMR (600 MHz, C 2 D 2 Cl 4 , 110 °C) δ (ppm) δ 4.17-4.15 (m), 2.45-2.43 (m), 2.39-2.36 (m), 1.74-1.71 (m), 1.51-1.29 (m), 1.02-0.97 (m).
Le spectre1H RMN obtenu est représenté en
Le HDPE fonctionnalisé ester I-C-1 obtenu a également été analysé par spectroscopie infrarouge.The functionalized I-C-1 ester HDPE obtained was also analyzed by infrared spectroscopy.
IR (sec, ATR, cm-1) 2914, 2847, 2630, 2342, 1674, 1593, 1463, 1376, 1268, 1051, 972, 718, 445.IR (sec, ATR, cm -1 ) 2914, 2847, 2630, 2342, 1674, 1593, 1463, 1376, 1268, 1051, 972, 718, 445.
Le HDPE fonctionnalisé ester I-C-1 a été caractérisé par chromatographie d’exclusion stérique, ou chromatographie par perméation de gel (140 °C, 1,3,5-trichlorobenzène). La chromatographie d’exclusion stérique ou chromatographie par perméation de gel (GPC) a été obtenue en utilisant un appareil Agilent PL-GPC120 (haute température) avec une détection par indice de réfraction, en utilisant des solutions étalons de polystyrène dans du trichlorobenzène (TCB) avec du BHT à 140 °C, l'appareil étant équipé d'une colonne de garde Plgel et de deux colonnes Plgel 5 µm mixed-c. Les résultats ont été comparés avec le HDPE II-1, et le HDPE fonctionnalisé avec des groupes carbonyles I-B-1 utilisé en tant que réactif. Les résultats sont indiqués dans le tableau 3 ci-dessous.The I-C-1 ester-functionalized HDPE was characterized by size-exclusion chromatography, or gel permeation chromatography (140 °C, 1,3,5-trichlorobenzene). Size-exclusion chromatography, or gel permeation chromatography (GPC), was performed using an Agilent PL-GPC120 (high temperature) instrument with refractive index detection, using polystyrene-in-trichlorobenzene (TCB) standard solutions with BHT at 140 °C. The instrument was equipped with a Plgel guard column and two 5 µm Plgel mixed-c columns. The results were compared with HDPE II-1 and with HDPE functionalized with carbonyl groups I-B-1, used as a reagent. The results are shown in Table 3 below.
Exemple 4 : réaction de méthanolyse du HDPE fonctionnalisé ester I-C-1Example 4: Methanolyse reaction of functionalized HDPE ester I-C-1
Le HDPE fonctionnalisé ester I-C-1 a ensuite été engagé dans une réaction de méthanolyse, telle que détaillée ci-dessous.The functionalized HDPE ester I-C-1 was then engaged in a methanolysis reaction, as detailed below.
Cette réaction a été réalisée en tube scellé. Le HDPE fonctionnalisé ester I-C1 (26 mg, 0,45 mmol) et de l’acidepara-toluènesulfonique (0,13 mL, 0,9 mmol) ont été placés dans le tube avec un agitateur magnétique. Trois cycles successifs de mise sous vide et purge à l’argon ont alors été effectués. Du méthanol anhydre (3 mL) et du toluène (8 mL) ont ensuite été ajoutés sous un flux d’argon. Le mélange réactionnel a été chauffé à 160 °C pendant 5 jours, puis refroidi à température ambiante. La solution homogène a ensuite été précipitée dans un excès de méthanol (10 mL). Après 2 heures d'agitation, le milieu réactionnel a été transféré dans deux tubes de type Falcon et le mélange de polymères (HDPE fonctionnalisé Me ester I-C-2 et HDPE fonctionnalisé hydroxycétone VI) a été récupéré par centrifugation (trois cycles) avant de le placer sous vide poussé (< 1 mbar), pendant une nuit, avant d'être caractérisé (24 mg, 92 % de conversion).This reaction was carried out in a sealed tube. Functionalized HDPE ester I-Cl (26 mg, 0.45 mmol) and para -toluenesulfonic acid (0.13 mL, 0.9 mmol) were placed in the tube with a magnetic stirrer. Three successive cycles of vacuum and argon purging were then performed. Anhydrous methanol (3 mL) and toluene (8 mL) were then added under an argon flow. The reaction mixture was heated at 160 °C for 5 days and then cooled to room temperature. The homogeneous solution was then precipitated in excess methanol (10 mL). After 2 hours of stirring, the reaction medium was transferred into two Falcon-type tubes and the polymer mixture (HDPE functionalized Me ester IC-2 and HDPE functionalized hydroxyketone VI) was recovered by centrifugation (three cycles) before being placed under high vacuum (< 1 mbar) overnight, before being characterized (24 mg, 92% conversion).
Le mélange de polymères I-C-2 + VI a été analysé par1H RMN :The IC-2 + VI polymer mixture was analyzed by 1 H NMR:
1H RMN (600 MHz, C2D2Cl4, 110 °C) δ (ppm) δ 4.18-4.16 (m), 3.87-3.81 (m), 3.75 (s), 3.45-3.47 (m), 3.43 (s), 2.45-2.43 (m), 2.39-2.36 (m), 2.13-2.08 (m), 1.74-1.70 (m), 1.50-1.25 (m), 1.02-0.97 (m). 1 H NMR (600 MHz, C 2 D 2 Cl 4 , 110 °C) δ (ppm) δ 4.18-4.16 (m), 3.87-3.81 (m), 3.75 (s), 3.45-3.47 (m), 3.43 (s), 2.45-2.43 (m), 2.39-2.36 (m), 2.13-2.08 (m), 1.74-1.70 (m), 1.50-1.25 (m), 1.02-0.97 (m).
L’analyse du spectre1H RMN a permis de déterminer que le ratio molaire HDPE fonctionnalisé hydroxycétone VI / HDPE fonctionnalisé Me ester I-C-2 est de 1/3, en prenant en compte les pics caractéristiques de chacun de ces produits.Analysis of the 1H NMR spectrum determined that the molar ratio of hydroxyketone VI functionalized HDPE to Me ester IC-2 functionalized HDPE is 1/3, taking into account the characteristic peaks of each of these products.
Le mélange de polymères I-C-2 + VI a également été analyse par spectroscopie infrarouge :The I-C-2 + VI polymer mixture was also analyzed by infrared spectroscopy:
IR (sec, ATR, cm-1) 3376, 2914, 2847, 2630, 2342, 1674, 1593, 1463, 1376, 1268, 1051, 972, 718, 445.IR (sec, ATR, cm -1 ) 3376, 2914, 2847, 2630, 2342, 1674, 1593, 1463, 1376, 1268, 1051, 972, 718, 445.
Le mélange de polymères I-C-2 + VI a été caractérisé par chromatographie d’exclusion stérique, ou chromatographie par perméation de gel (140 °C, 1,3,5-trichlorobenzène). La chromatographie d’exclusion stérique ou chromatographie par perméation de gel (GPC) a été obtenue en utilisant un appareil Agilent PL-GPC120 (haute température) avec une détection par indice de réfraction, en utilisant des solutions étalons de polystyrène dans du trichlorobenzène (TCB) avec du BHT à 140 °C, l'appareil étant équipé d'une colonne de garde Plgel et de deux colonnes Plgel 5 µm mixed-c. Les résultats ont été comparés avec le HDPE II-1, le HDPE fonctionnalisé avec des groupes carbonyles I-B-1, et le HDPE fonctionnalisé ester I-C-1 utilisé comme réactif. Les résultats sont indiqués dans le tableau 4 ci-dessous.The I-C-2 + VI polymer mixture was characterized by size-exclusion chromatography, or gel permeation chromatography (140 °C, 1,3,5-trichlorobenzene). Size-exclusion chromatography, or gel permeation chromatography (GPC), was performed using an Agilent PL-GPC120 (high temperature) instrument with refractive index detection, using polystyrene-in-trichlorobenzene (TCB) standard solutions with BHT at 140 °C. The instrument was equipped with a Plgel guard column and two 5 µm Plgel mixed-c columns. The results were compared with HDPE II-1, HDPE functionalized with I-B-1 carbonyl groups, and I-C-1 ester functionalized HDPE used as a reagent. The results are shown in Table 4 below.
Exemple 5 : tests mécaniques et mesures d’angle de contactExample 5: Mechanical tests and contact angle measurements
Une étude de l’impact de l’incorporation de fonctions oximes ou carbonyles par extrusion réactive sur les propriétés mécaniques du HDPE a été effectuée. Trois réactions d’extrusion ont été menées pour ce faire, avec une mise en forme directe des éprouvettes grâce à l’utilisation d’un injecteur en sortie (Haake MiniJet PRO).A study of the impact of incorporating oxime or carbonyl groups by reactive extrusion on the mechanical properties of HDPE was carried out. Three extrusion reactions were performed for this purpose, with direct shaping of the specimens using an injector at the outlet (Haake MiniJet PRO).
Une extrusion du HDPE II-1, de la polyoléfine fonctionnalisée carbonyle I-B-2 et de la polyoléfine fonctionnalisée oxime I-A-2, telles que détaillées ci-dessus, a été réalisée en premier lieu.An extrusion of HDPE II-1, carbonyl functionalized polyolefin I-B-2 and oxime functionalized polyolefin I-A-2, as detailed above, was carried out first.
Les éprouvettes ont été réalisées après injection dans un appareil de type Thermo Scientific HAAKE MiniJet Pro dans un moule de type Mould Tensile Bar ISO527-2-1BA. Une température de 160° C a été utilisée au niveau de l’injecteur. Une température de 90°C a été utilisée au niveau du moule. Une pression d’injection de 600 bar a été utilisée avec un temps d’injection de 1 minute. Les éprouvettes ont été conservées pendant 48 h avant les mesures de traction.The test specimens were produced by injection molding using a Thermo Scientific HAAKE MiniJet Pro device in an ISO527-2-1BA tensile bar mold. The injector temperature was 160°C, and the mold temperature was 90°C. An injection pressure of 600 bar was used, with an injection time of 1 minute. The specimens were cured for 48 hours before tensile testing.
Des mesures de traction ont été réalisées à l’aide d’un appareil de type Qtest/25 Elite Controller avec une vitesse de traction de 10 mm/min. Cinq mesures de traction à la rupture ont été réalisées sur des éprouvettes provenant d’une même réaction afin de vérifier l’exactitude des mesures. Les données reportées dans le tableau 5 ci-dessous sont une moyenne de ces cinq mesures.Tensile strength measurements were performed using a Qtest/25 Elite Controller device at a tensile speed of 10 mm/min. Five tensile strength measurements were taken on specimens from the same reaction to verify the accuracy of the measurements. The data reported in Table 5 below are the average of these five measurements.
Ces tests mécaniques confirment que l’incorporation de fonctions carbonyles par extrusion réactive a peu ou pas d’impact sur les propriétés mécaniques du matériau. Cependant, il convient de noter qu'une légère réduction des propriétés mécaniques est observée dans le cas de l’incorporation de fonction oximes.These mechanical tests confirm that the incorporation of carbonyl groups by reactive extrusion has little or no impact on the material's mechanical properties. However, it should be noted that a slight reduction in mechanical properties is observed when oxime groups are incorporated.
Des mesures des angles de contact ont également été effectuées sur ces trois matériaux et sont présentées dans le tableau 6. Les angles de contact ont été déterminés à l'aide d'un système de mesure d’angle de contact Kruss DSA100 à température ambiante. Pour ce faire, une gouttelette d'eau de 2 microlitres a été placée sur les échantillons. Une caméra à dispositif à couplage de charge a été utilisée pour capturer les images des gouttelettes d'eau pour la détermination de l'angle de contact. Cinq mesures d’angles de contact successives ont été réalisées sur chaque échantillons afin de confirmer l’exactitude des mesures.Contact angle measurements were also performed on these three materials and are presented in Table 6. The contact angles were determined using a Kruss DSA100 contact angle measurement system at room temperature. For this purpose, a 2-microliter water droplet was placed on the samples. A charge-coupled device (CCD) camera was used to capture images of the water droplets for contact angle determination. Five successive contact angle measurements were taken on each sample to confirm the accuracy of the measurements.
Les angles de contact ont été déterminés à l'aide d'un système de mesure d’angle de contact Kruss DSA100 à température ambiante. Une gouttelette d'eau de 2 microlitres a été placée sur les échantillons. Une caméra à dispositif à couplage de charge a été utilisée pour capturer les images des gouttelettes d'eau pour la détermination de l'angle de contact. Cinq mesures d’angles de contact successives ont été réalisées sur chaque échantillon afin de confirmer l’exactitude des mesures.Contact angles were determined using a Kruss DSA100 contact angle measurement system at room temperature. A 2-microliter water droplet was placed on the samples. A charge-coupled device (CCD) camera was used to capture images of the water droplets for contact angle determination. Five successive contact angle measurements were taken on each sample to confirm the accuracy of the measurements.
Une diminution des angles de contact après réaction d’extrusion réactive est observée, indiquant que l’incorporation de fonctions oxime ou cétone réduit l’hydrophobicité du HDPE.A decrease in contact angles after reactive extrusion reaction is observed, indicating that the incorporation of oxime or ketone functions reduces the hydrophobicity of HDPE.
Claims (21)
1) disposer d’au moins une polyoléfine de formule (II) :
(II)
avec :
- R1 représentant un groupe méthyle, éthyle ou n-butyle,
- R2 représentant H, CH3ou OH,
- n représentant un nombre entier allant de 0 à 100000,
- m représentant un nombre entier allant de 0 à 100000, et
- n + m ≠ 0, et
1) have at least one polyolefin of formula (II):
(II)
with :
- R1 representing a methyl, ethyl or n-butyl group,
- R2 representing H, CH3 or OH,
- n representing an integer ranging from 0 to 100000,
- m representing an integer ranging from 0 to 100000, and
- n + m ≠ 0, and
(III-A),(III-B),(III-C), et leurs mélanges,
avec :
- R4 et R5 étant identiques ou différents et représentant indépendamment l’un de l’autre un groupe choisi parmi (C1-C6)alkyle, N[(C1-C6)alkyle]3, CO[(C1-C6)alkyle], SO2Ph, CO-Ph-CF3,
- ou R4 et R5 formant ensemble un groupe (C5-C10) cycloalkylène éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes (C1-C6) alkyle linéaire ou ramifié, ou un groupe -SO2-Ph-C(CH3)2-, ou un groupe -CO-Ph-CO-,
- R6 représentant un groupe phtalimide ou un groupe (C1-C6)alkyle linéaire ou ramifié, et
- R7 représentant un groupe aromatique ou hétéroaromatique éventuellement perfluoré.
(III-A),(III-B),(III-C), and their mixtures,
with :
- R4 and R5 being identical or different and independently representing a group chosen from (C1-C6)alkyl, N[(C1-C6)alkyl] 3 , CO[(C1-C6)alkyl], SO 2 Ph, CO-Ph-CF 3 ,
- or R4 and R5 together forming a (C5-C10) cycloalkylene group possibly substituted by one or more (C1-C6) linear or branched alkyl groups, or a -SO2 -Ph-C( CH3 ) 2- group, or a -CO-Ph-CO- group,
- R6 representing a phthalimide group or a linear or branched (C1-C6)alkyl group, and
- R7 representing an aromatic or heteroaromatic group possibly perfluorinated.
(III-1),(III-2),
(III-3),(III-4),(III-5),(III-6),(III-7),(III-8),(III-9), et leurs mélanges.A method according to claim 1 or 2, wherein at least one nitrosating agent is selected from:
(III-1), (III-2),
(III-3), (III-4), (III-5), (III-6), (III-7), (III-8), (III-9), and their mixtures.
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|---|---|---|---|
| FR2412055A FR3168221A1 (en) | 2024-11-04 | 2024-11-04 | Process for functionalizing polyolefins by reactive extrusion |
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|---|---|---|---|
| FR2412055A FR3168221A1 (en) | 2024-11-04 | 2024-11-04 | Process for functionalizing polyolefins by reactive extrusion |
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| FR2412055A Pending FR3168221A1 (en) | 2024-11-04 | 2024-11-04 | Process for functionalizing polyolefins by reactive extrusion |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3090739A (en) | 1959-07-20 | 1963-05-21 | Toyo Rayon Co Ltd | Method of producing nitroso compounds or oximes |
| US6333078B1 (en) * | 1998-12-14 | 2001-12-25 | Japan Atomic Energy Research Institute | Collector of dissolved metal from sea water having an amidoxime group and a hydrophilic group, a method for production thereof |
| CN115232231A (en) * | 2022-06-30 | 2022-10-25 | 西安交通大学 | Method for preparing oxime ether functional group-containing olefin by imidizing carbon-hydrogen bond of polyolefin chain under catalysis of inorganic salt |
-
2024
- 2024-11-04 FR FR2412055A patent/FR3168221A1/en active Pending
-
2025
- 2025-11-03 WO PCT/EP2025/081624 patent/WO2026093570A1/en active Pending
Patent Citations (3)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2026093570A1 (en) | 2026-05-07 |
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