Biodegradable materials by reactive extrusion: from catalyzed polymerization to functionalization and blend compatibilization

This contribution aims at reviewing how reactive extrusion (REx) technique can participate in the design and development of biodegradable polymeric materials more particularly based on aliphatic polyesters issued from both renewable (agrochemical) and fossil (petrochemical) resources. On one side, REx will be approached for producing in a continuous way biodegradable aliphatic polyesters by ring-opening polymerization of lactones. Tin and aluminum-based catalysts will be considered for quantitatively converting the cyclic monomer in high molecular weight polyester chains within residence time of a few minutes only. On the other hand, such polyesters will undergo various chemical modifications again performed by REx. Self-branching reactions will be investigated in order to compensate the characteristic molecular weight reduction of the polyester chains as triggered by hydrolysis and/or transesterification side-reactions. Controlled functionalization reactions by maleic anhydride treatment will be studied as well. Finally biodegradable composite materials will be produced by REx and will rely upon the interface compatibilization between the polyester matrix and natural fillers such as starch granules or talc microparticles. To cite this article: J.-M. Raquez, et al., C. R. Chimie 9 (2006).

RésuméCette contribution a pour objectif de démontrer comment la technique d'extrusion réactive peut participer à l'élaboration et au développement des matériaux polymères biodégradables, plus particulièrement à base de polyesters aliphatiques, aussi bien d'origine renouvelable (agrochimique) que fossile (pétrochimique). Par ailleurs, l'extrusion réactive sera utilisée en production continue de polyesters aliphatiques biodégradables par polymérisation d'ouverture du cycle lactonique, l'utilisation de catalyseurs à base d'étain et d'aluminium permettant de convertir quantitativement le monomère cyclique en chaînes macromoléculaires de haute masse molaire pour des temps de résidence de l'ordre de quelques minutes. Par ailleurs, différentes modifications chimiques seront conduites sur ces mêmes polyesters par extrusion réactive. Citons des réactions d'autobranchement permettant de compenser la perte de masses molaires que subissent habituellement ces polyesters biodégradables par réactions secondaires d'hydrolyse et/ou de transestérification. Des réactions de fonctionnalisation contrôlées par traitement à l'anhydride maléique seront également étudiées. Finalement, la production de matériaux composites biodégradables sera proposée par extrusion réactive et consistera à compatibiliser l'interface matrice polyesters/charges naturelles, telles que des granulés d'amidon ou des microparticules de talc. Pour citer cet article : J.-M. Raquez, et al., C. R. Chimie 9 (2006).