Matières plastiques - TL
Classe:
Terminale
Les matières plastiques remplacent de plus en plus les métaux pour la confection d'objets. Elles sont moins denses que les métaux et les objets sont donc moins lourds. D'autre part elles se corrodent beaucoup moins que les métaux et ne sont pratiquement pas attaquées par les acides. On dit qu'elles sont chimiquement inertes.
1. Généralités
1.1. Définition
Les matières plastiques, appelées polymères, sont des matériaux organiques composés de macromolécules (molécules géantes). Elles peuvent être moulées et sont obtenus par une réaction chimique appelée polymérisation
1.2. Quelques propriétés des matières plastiques
Les polymères (résines) obtenus (sous forme de petites billes, de poudre, de granulés) ont des propriétés médiocres. L'adjonction d'adjuvants favorisent la transformation des résines et améliorent les caractéristiques d'utilisation de ces résines :
$-\ $lubrifiants(savon, cire..) pour transformer les résines.
$-\ $stabilisants, antioxydants pour atténuer les effets oxydants $(O_{2}$ de l'air$)$, les effets de la chaleur, les effets de la lumière.
$-\ $plastifiants qui confèrent de la souplesse.
$-\ $colorants qui confèrent l'aspect désiré.
$-\ $antistatiques pour éliminer l'électricité statique.
$-\ $ignifugeants pour retarder la combustion.
$-\ $charges inertes(solides en poudre...farine de bois, craie, fibre de verre..), elles abaissent le prix de revient, elles augmentent la dureté ainsi que la résistance à l'abrasion, elles diminuent le frottement.
$-\ $agents de ténacité, qui améliorent la ténacité, la résistance aux chocs,...
$-\ $etc....
I. Polymères
1. Définition d'un polymère
Un polymère est une macromolécule, c'est-à-dire, une grande molécule constituée d'unités qui se répètent et qui dérivent de monomères.
2. Polymérisation
2.1. Définition
La polymérisation est l'addition des uns des autres des molécules insaturées identiques ou des molécules insaturées différentes. Le composé initial est appelé monomère et le produit obtenu est le polymère.
2.2. Les caractéristiques d'un polymère
Le polymère est caractérisé par :
$-\ $le motif représentant le groupe d'atomes qui se répètent dans la molécule
$-\ $l'indice de polymérisation ou le degré de polymérisation, le nombre de molécules additionnées
3. Les différents types de polymérisation
On distingue la polyaddition et la polycondensation
3.1. Polymérisation par polyaddition
La polyaddition est une réaction de polymérisation au cours de laquelle des molécules insaturées identiques ou non, appelées monomères, s'unissent pour une macromolécule appelée polymère
$$nA\longrightarrow -(-A-)_{n}-\quad\text{ou}\quad nA+nB\longrightarrow -(-AB-)_{n}-$$
$A$ et $B$ sont les momères ;
$-A-$ ou $–AB-$ sont les motifs du polymère
$-(-A-)_{n}$ ou $-(-AB-)_{n}-$
Remarque :
Cette union de molécules monomères insaturées se fait sans élimination d'un produit de réaction
3.2. Polymérisation par polycondensation
La polycondensation est une réaction de polymérisation dans laquelle plusieurs molécules de natures différentes s'unissent pour former un polymère avec élimination de molécules légères
4. Exemples de polymères
4.1. Téréphtalate de polyéthylène $(PET)$
Le polyéthylènetéréphtalate est un produit de polycondensation de l'acide téréphtalique avec l'éthylène glycol. Les polyesters linéaires ont d'abord été utilisés essentiellement pour la fabrication de fibres textiles (tergal, diolen…) ou de films (mylar, terphane...). Mais la tendance actuelle est de développer leurs applications en tant que matières plastiques techniques pour les industries mécaniques et électriques, en raison de leurs propriétés
4.2. Polyéthylène $(PE)$ : le $HP$ et le $BP$
Les polyéthylènes sont des polymères (macromolécules) qui font partie de la famille des polyoléfines. Ils sont issus de la polymérisation de l'éthylène gazeux :
$$nCH_{2}=CH_{2}\longrightarrow -\left(CH_{2}-CH_{2}\right)_{n}-$$
En fait il existe deux variétés :
$-\ $le polyéthylène basse densité $PEBD$, souple, à chaînes ramifiées, dit haute pression $(1000\,atm\;,\ 200^{\circ}C)$
$-\ $le polyéthylène haute densité $PEHD$, dur, peu ramifié, dit basse pression $(10\,atm\;,\ 100^{\circ}C).$
Il existe par ailleurs un autre type de $PE$, le $PEMD$ (moyenne densité), mais c'est en réalité un intermédiaire entre les deux formes et n'a pas de caractéristique particulière ou intéressante qui mérite d'être développée. Il semble juste convenable de voir la répartition entre ces différentes formes sur le document suivant :
4.3. Polypropylène $(PP)$
Le polypropylène est obtenu par polymérisation du propylène. Le polypropylène industriel le plus utilisé est celui où les groupements méthyles sont du même coté $(PP$ isotactique$).$
$$nCH_{2}=CH-CH_{3}\longrightarrow\left(CH_{2}-CH\left(CH_{3}\right)\right)_{n}-$$
4.4. Polytétrafluoroéthylène $(PTFE$ ou Téflon$)$
Il est aussi appelé Teflon. Il est synthétisé par polyaddition du tétrafluoroéthylène.
Le Teflon est semi-cristallin, semi-opaque, et blanc. Il est doux. Il possède des propriétés antiadhésives particulièrement performantes. Le polytétrafluoroéthylèneest facilement déformable et a une forte tendance à l'allongement.
Il possède une faible résistance aux contraintes doublée d'une faible résistance aux radiations. Une résistance chimique remarquable non affectée par la plupart des produits chimiques.
Le polytétrafluoroéthylèneest utilisé pour la fabricationdes roulements, les joints, l'isolation électrique à hautes températures, des revêtements et garnitures non adhésives. Il est également utilisé :
$-\ $dans habillement: antitache
$-\ $en chimie: revêtement des ustensiles
$-\ $comme lubrifiant des pièces mécaniques en mouvement etc...
Équation de réaction de polymérisation
$$nCF_{2}=CF_{2}\longrightarrow\left(CH_{2}-CHCl\right)_{n}-$$
4.5. Polychlorure de vinyle $(PVC$ ou $PCV)$
Il est obtenu par la polymérisation des monomères de chlorure de vinyle. Ce polymère de formule est issu d'une réaction chimique entre de l'éthylène et de l'acide chlorhydrique, en présence d'oxygène, Il peut être soit rigide soit souple selon les ingrédients qu'on lui incorpore.
Équation de réaction de polymérisation
4.6. Polystyrène $(PS)$
Le polystyrène est un plastique dur, cassant et transparent. C'est un produit industriel courant largement diffusé, offrant de très nombreux usages.
On distingue trois types de polystyrènes :
$-\ $le polystyrène "cristal" n'a pas une structure cristalline mais porte ce nom en raison de son aspect transparent. Il polymérise sous forme de perles à haute température en présence d'un adjuvant plastifiant
$-\ $le polystyrène "choc" ou acrylonitrile butadiène styrène est un copolymère formé par du styrène et du polybutadiène. C'est le plus commun de la famille des plastiques styréniques car il est résistant, capable de supporter des impacts plus forts que le polystyrène normal. Cet $ABS$ est employé par l'industrie pour des produits rigides, légers et moulés (bacs à douche).
Le matériau le plus connu de la gamme est le polystyrène expansé $(PSE).$
Il existe deux types de $PSE$ : le polystyrène expansé moulé $(PSE-M)$ obtenu à partir d'un polystyrène "expansible" et le polystyrène expansé extrudé $(PSE-E).$
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