LES COMPOSES SATURES
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LES COMPOSES SATURES La chimie organique est l'étude des composés à base de carbone. Les composés les plus simples contiennent uniquement des atomes de carbone et d'hydrogène unis par des liaisons covalentes (mise en commun d'électrons ): ce sont les hydrocarbures. Lorsque tous les atomes sont reliés par des liaisons simples, ces hydrocarbures, dits saturés , sont des alcanes. I LIAISONS COVALENTES 1° Liaison covalente simple 2° Valence des plusieurs éléments Rechercher dans la classification périodique le nombre d'électrons des éléments suivants, représenter leur schéma de Lewis correspondant puis en déduire le nombre de liaisons covalentes simples. Atome Nb d’électrons H O N C Cl Schéma de Lewis Nombre de liaisons Structure Valence 3° Liaison covalente double Il peut se former une liaison covalente double entre deux atomes de carbone (alcènes), chacun des deux atomes met deux électrons en commun. H H C H C H C H H C H éthylène ou éthène H 4° Liaison covalente triple De même , ils peuvent mettre chacun trois électrons en commun, pour former une liaison covalente triple (alcynes). H C LP ROMPSAY C H H C C H acétylène ou éthyne P CORMERAIS III LES ALCANES 1° Le méthane Sachant que le méthane n'a qu'un atome de carbone et des atomes d'hydrogène, déduisez sa formule brute ou moléculaire La molécule de méthane est représentée par la formule développée suivante : En réalité, la molécule de méthane n'est pas plane. L'atome de carbone au centre d'un tétraèdre régulier dont les sommets sont occupés par des atomes d'hydrogène. 2° L'éthane Le propane 3° Formule générale des alcanes : Pour n atomes de carbone, combien y a t il d'atomes d'hydrogène ? 4° Nomenclature Cette nomenclature sert de base à celle de toutes les fonctions en série aliphatique. a) Chaîne linéaire Les 4 premiers ont des noms consacrés par l'usage et n'appartiennent pas à un système logique. Les termes suivants reçoivent un nom formé d'un préfixe qui indique le nombre d'atomes de carbone et de la terminaison ane. Formule Nom Utilisation CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 LP ROMPSAY P CORMERAIS b) Chaîne ramifiée Pour nommer un alcane ramifié, on doit chercher dans sa formule la chaîne la plus longue possible, numéroter ses atomes de carbone et énumérer devant le nom de cette chaîne, les radicaux qui sont branchés sur elle, en indiquant pour chacun le numéro de l'atome de carbone qui le porte. On doit classer ces radicaux par ordre d'importance croissant. * Principaux radicaux : -CH3 -CH2-CH3 Exemple: CH3-CH2-CH-CH2-CH3 ................. CH3 CH3-CH2-CH2-CH CH-CH2-CH3 ................. CH3 CH3 5° Isomères 5° Réactions des alcanes a) Combustion complète Cette réaction a lieu en présence de dioxygène. Exemple : b) Combustion incomplète c) Réaction de substitution Comme son nom l'indique, un atome d'hydrogène de l'alcane est substitué par un atome de chlore. 6° Craquage thermique à 1000 °C 7° Destruction par le dichlore LP ROMPSAY P CORMERAIS IV EXERCICES 1° Trouver toutes les formules semi-développées et les noms de l'alcane C5H12. 2° Ecrire les formules semi-développées des alcanes suivants : * 2 méthyl butane * 2-3 diméthyl butane * 3-éthyl pentane 3° Un alcane a pour composition massique : C : 83,72 % H : 16,28 % et pour masse molaire 86 g/mol. Déterminer sa formule brute ainsi que les formules semi-développées possibles et leurs noms. 4° Donner le nom des alcanes suivants : CH3-CH-CH2-CH2-CH3 ⎢ CH3 CH3-CH--CH-CH2-CH3 ⎢ ⎢ CH3 CH3 CH3-CH-CH2-CH-CH3 ⎢ ⎢ CH3 CH3 5° Ecrire la réaction de combustion du butane dans le dioxygène. Calculer le volume de dioxygène nécessaire à la combustion de 1 kg de butane et la masse d'eau obtenue. 6°Combustion d'un alcane gazeux. La combustion complète d'un volume V d'alcane gazeux nécessite un volume 5 V de dioxygène, les deux volumes étant mesurés dans les mêmes, conditions de température et de pression. Donner la formule et le nom de cet alcane. Quels produits obtient - on par monobromation de celui-ci ? 7° Recharge de camping gaz Les recharges de camping -gaz pour randonneurs contiennent 90 g de butane. a) Calculer la quantité de butane contenu dans la recharge. b) Calculer le volume qu'occuperait cette quantité à 25 °C et sous une pression de 101,3 kPa. c) Quel est le volume d'air nécessaire, dans ces mêmes conditions de température et de pression, pour permettre la combustion complète de tout le gaz contenu dans la recharge ? 8° Combustion d'un mélange d'alcane. La combustion complète de 6 cm3 d'un mélange d'éthane et de butane fournit 16 cm3 de dioxyde de carbone, les deux volumes étant mesurés dans les mêmes conditions de température et de pression. Calculer la composition molaire du mélange, sa densité et le volume de dioxygène nécessaire à la combustion. 9° Fabrication du noir de carbone. La combustion incomplète du méthane est une réaction industrielle utilisée pour la fabrication « du noir de carbone (black carbon) nécessaire à l'industrie des pneumatiques. a) Écrire l'équation de la réaction. b) Quelle masse de carbone obtient on par la combustion incomplète de 1 m3 de méthane pris à 25 °C sous une pression de 1 bar ? c) Quel est le volume d'air, pris dans les mêmes conditions juste nécessaire pour cette production ? 10° Détermination de la formule et de la structure d'un alcane. La combustion complète de 3,6 g d'un alcane donne 11 g de dioxyde de carbone et 5,4 g d'eau. a) En déduire la formule brute de l'alcane. b) Sachant que sa mono chloration ne donne qu'un seul produit, déterminer sa formule développée et son nom. 11° Chloration d'un alcane. a) Écrire la formule du 2-méthyl propane, ainsi que celles de ses dérivés mono chlorés. b) On veut fabriquer les dérivés mono chlorés du 2- méthyl propane par action directe du dichlore sur l'alcane. Quelles doivent être les proportions du mélange initial? On suppose que la réaction de substitution s'effectue au hasard, c'est à dire que tous les atomes d'hydrogène ont la même probabilité d'être remplacés par un atome de chlore. Quelles devraient être les proportions relatives des deux dérivés mono chlorés obtenus ? L'expérience montre que l'on obtient deux fois plus de 1-chloro 2- méthyl propane que de 2-chloro 2- méthyl propane. Que peut on en conclure ? LP ROMPSAY P CORMERAIS LES HYDROCARBURES INSATURES Lorsque les atomes de carbone d'un hydrocarbure sont liés à d'autres atomes de carbone ou d'hydrogène par des liaisons simples, on dit que l'hydrocarbure est saturé ; par contre s'ils sont liés par des liaisons doubles (alcènes) ou triples (alcynes), on dit qu'il est insaturé. I LES ALCENES Représenter la structure des molécules suivantes (formule développée et semi-développée). 1° L'éthylène C2H4 2° Le propène C3H6 butène C4H8 3° Formule générale Ils possèdent dans la structure de leur molécule une liaison covalente double C C et des liaisons covalentes simples C-C ou C-H.Pour n atomes de carbones, combien y a t il d'atomes d'hydrogène ? 4° Nomenclature Les règles sont les mêmes que pour les alcanes sauf que le suffixe ane est remplacé par le suffixe ène. La position de la double liaison est précisée par un indice. On numérote la chaîne carbonée la plus longue de façon que le premier atome de carbone qui porte la double liaison est l'indice le plus petit. Exemples : H H C H H3C LP ROMPSAY H C H H3C H C CH3 C H CH3 H CH3 C CH2-CH3 H C H3C C CH3 H H C CH2-CH3 H C H CH3 C H C H H C H C H C CH3 C CH3 H3C P CORMERAIS C H 5° Isomères Il existe 3 formes d’isomères : * * * 6° Propriétés physiques Jusqu'au butène, tous les alcènes sont gazeux à température ambiante : ensuite ils sont liquides ou solides. Leur température d'ébullition est légèrement inférieure à celle des alcanes correspondants. 7° Réactions des alcènes a) Hydrogénation (addition) b) Combustion . c) Addition d'un composé du type H-A ( HCl, HBr ...) L'addition d'un de ces composés casse la double liaison et conduit à la formation d'un dérivé mono halogéné CH2 CH2 d) Hydratation L'éthylène réagit avec la vapeur d'eau à 200°C pour donner l'éthanol CH2 CH2 e) Oxydation ménagée L'oxydation ménagée en présence de permanganate de potassium (violet) conduit à un époxyde puis en présence d'eau à un diol. f) Addition de dibrome LP ROMPSAY P CORMERAIS II LES ALCYNES Représenter la structure des molécules suivantes (formule développée et semi-développée). 1° L'acétylène C2H2 . 2° Autres alcynes Le propyne C3H4 butyne C4H6 3° Formule générale Ils possèdent dans la structure de leur molécule une liaison covalente triple C simples C- C ou C-H. Pour n atomes de carbones, combien y a t il d'atomes d'hydrogène ? C et des liaisons covalentes Pour n atomes de carbones, combien y a t il d'atomes d'hydrogène ? 4° Nomenclature Les règles sont les mêmes que pour les alcanes sauf que le suffixe ane est remplacé par le suffixe yne. La position de la triple liaison est précisée par un indice. On numérote la chaîne carbonée la plus longue de façon que le premier atome de carbone qui porte la triple liaison est l'indice le plus petit. 5° Propriétés physiques L'acétylène, le propyne et le butyne sont gazeux à température ambiante : les autres alcynes sont liquides ou solides. 6° Réactions des alcynes a) Hydrogénation (addition) b) Formation de monomère (polymérisation) LP ROMPSAY P CORMERAIS III EXERCICES 1° Isomères. Écrire la formule développée de tous les hydrocarbures de formule C5H10. Donner leurs noms. Les classer en deux familles. 2° Hydratation du but1-ène. L'hydratation du but1-ène conduit à un mélange de deux alcools. a) Donner leur formule développée, ainsi que leur nom. Notons A le composé formé de façon préférentielle. b) Industriellement, A est produit par hydratation du but1-ène, avec un rendement de 92 %. La production européenne du composé A a été évaluée, en 1981, à 255 000 tonnes. Calculer la masse de but1-ène nécessaire à cette production. 3° Formule d'un alcène. a) Un hydrocarbure B contient 85,71 % (en masse) de carbone. Quelle est sa formule brute Peut-On calculer sa masse molaire ? b) A l'obscurité, B réagit mole à mole avec le dibrome. Le composé obtenu contient 74 % (en masse) de brome. Quelle est sa formule brute ? Représenter les formules possibles pour B. c) L'hydratation de B conduit préférentiellement à l'alcool C. L'hydratation de ses isomères conduit préférentiellement au même alcool D, isomère de C. En déduire les formules de B. C et D. 4° Identification d'un alcène. a) Un alcène a une densité de vapeur par rapport à l'air égale à 2,4. Quelle est sa formule brute ? Quels sont les alcènes correspondant a cette formule brute . Les nommer. b) On s'intéresse aux trois isomères A, B et C donnant par hydrogénation le même alcane ramifié Quel est cet alcane c) Par hydratation, A et B donnent préférentiellement le même alcool. Quel est le corps C ? 5° Hydrogénation L'hydrogénation d'un volume V d'acétylène nécessite une masse de 10 g de dihydrogène. Calculer ce volume V dans les CNTP. 6° Hydratation de 1'acétylène On réalise la réaction d'hydratation de l'acétylène . a) Écrire l'équation bilan de cette réaction b) Quelle masse maximale d'éthanal peut-on obtenir à partir de 100 L d'acétylène dans les conditions (20 °C 1 atm) 7° Combustion de l’acétylène a) Quel volume d'air est nécessaire à la combustion complète de 5,2 g d’acétylène. b) Dans les CNTP. la combustion de 1,12 l d'un hydrocarbure gazeux donne 1,8 g d’eau. Donner le nom et la formule de cet hydrocarbure. 8° Préparation de l’acétylène On veut préparer en laboratoire, dans les conditions 25 °C. 1 atm , 1 L d'acétylène à partir de carbure de calcium dont la pureté est estimée à 90% . Quelle masse de carbure de calcium doit on utiliser ? C2Ca + 2H20 LP ROMPSAY C2H2 + Ca(OH)2. P CORMERAIS POLYMERISATION POLYCONDENSATION I POLYMERISATION 1° Définition Quand un composé insaturé s'additionne à lui-même, il peut donner naissance à un composé de masse molaire élevée, formé de molécules géantes appelées macromolécules : * la succession de ces additions est une polymérisation * le composé insaturé initial est le monomère * le produit obtenu est le polymère. 2° Le polyéthylène a) le monomère est l'éthylène : b) La réaction peut se faire selon deux procédés : * procédé haute pression : 200°C et 1000 atm avec des traces d'oxygène * procédé basse pression : 100°C et 40 atm avec catalyseur Les motifs –CH2 s'accrochent les uns aux autres pour former une longue chaîne de formule générale (-CH2-CH2-)n. Le nombre n est très élevé et dépend des conditions d'obtention : il est de l'ordre de 1000 dans le PHP et de 1800 dans PBP. 3° Autres polymères En représentant les différents monomères par la formule : H Y C C H Y désignant des groupements tels : Cl , CH3,... H La réaction de polymérisation s'écrit : * si Y = -CH3 on obtient le * si Y = -Cl on obtient le * si Y = -C6H5 on obtient le * si Y = -O-CO-CH3 on obtient le LP ROMPSAY P CORMERAIS II POLYCONDENSATION 1° Définition 2° Les monomères Les molécules de base, qui seront les éléments de la macromolécule obtenue, doivent nécessairement comporter des groupements fonctionnels ( c'est un groupe d'atomes qui confèrent à la molécule des propriétés caractéristiques) a) Les alcools Le groupement fonctionnel " alcool " est : La formule d'un alcool dérive de celle d'un hydrocarbure saturé (alcane) par substitution d'un H par le groupement hydroxyle OH. La nomenclature d'un alcool dérive de celle de l'alcane correspondant en remplaçant le e final par ol précédé de l'indice de position du groupement OH. Exemples : CH3OH : ............ CH3-CH2OH : ........... Différentes classes d'alcool * alcool primaire * alcool secondaire * alcool tertiaire b) Les acides carboxyliques Le groupement fonctionnel des acides carboxyliques est : Ce groupement est toujours en bout de chaîne. Les acides se nomment en faisant suivre le nom de l'hydrocarbure correspondant de la terminaison oique. Exemples : CH3-COOH CH3-CH2-COOH c) Les amines Les amines dans lesquelles un ou plusieurs atomes de carbone sont directement liés à un atome d'azote sont divisées en trois classes. Les amines primaires se désignent par le nom de l'hydrocarbure correspondant précédé du préfixe amino et de l'indication de la position du groupe azoté. Exemple : CH3-CH2-NH2 CH3-CH-CH3 NH2 Les amines secondaires et tertiaires sont considérées comme résultant de la substitution des H fonctionnels d'une amine primaire. Exemple : CH3-CH2-NH-CH3 CH3 CH3-CH2-N CH3 LP ROMPSAY P CORMERAIS d) Les esters Un ester est issu d'une réaction entre un acide organique et un alcool; Son nom comportera donc deux termes : le premier issu de l'acide aura la terminaison oate le second sera le nom du groupement alkyle de l'alcool. Exemple : CH3-COOH + CH3OH e) les amides Un amide est issu d'une réaction entre un acide organique et une amine Son nom provient l’alcane, le e finale est remplacé par amide Exemple : CH3-COOH + NH2 3° Polyamide : le NYLON 6-6 a) les monomères l'héxaméthylène diamine : l'acide hexane dioïque : b) la polycondensation 4° Polyester : le TERGAL a) les monomères l'éthane diol ou glycol : l'acide benzènedicarboxylique1-4 : b) la poly estérification LP ROMPSAY P CORMERAIS 5° Autres polyesters * mousse polyuréthane : * résine glycérophtalique : * bakélite : VI PROPRIETES DES MACROMOLECULES 1° Masse molaire 2° Propriétés physiques a) Elasticité b) Plasticité LP ROMPSAY P CORMERAIS 3° Test de reconnaissances La matière se ramollit et fond. Test de chauffage THERMOPLASTIQUE La matière ne fond pas. THERMODURCISSABLE positif Test de densité L'échantillon flotte Polyoléfine (PE - PP) positif Test de Bernstein La flamme est verte PVC positif Test du solvant L'échantillon est dissout PS positif Test du papier pH Le papier pH bleuit Polyamide positif Test de combustion Aucun dégagement de fumée PMMA Si de la fumée se dégage, une erreur a été commise, recommencer les expériences. III EXERCICES 1° Analyse d'un polymère Pour fabriquer une matière plastique très connue, on utilise un monomère dont la composition centésimale massique est : 38,4 % de carbone ; 4,8 % d’hydrogène et 56,8 % de chlore. La masse molaire de ce composé vaut 62,5 g/mol. a) Quelle est la formule semi-developpée de ce monomère ? Donner un nom officiel et son nom usuel. b) Écrire l'équation bilan de sa polymérisation; donner la nom du polymère obtenu. c) Calculer là masse molaire du polymère obtenu si son indice de polymérisation vaut 2000. d) Calculer composition centésimale massique en carbone, hydrogène et chlore du polymère; conclure. 2° Identification d’un polymère Un polymère ne donne par combustion que du dioxyde de carbone et de l'eau. Sa masse molaire moyenne est de 105 000 g/ moI et son degré de polymérisation moyen de 2 500. a) Déterminer la masse molaire et la formule brute de l'alcène monomère. b) Donner sa formule développée et son nom. LP ROMPSAY P CORMERAIS 3° Identification d’un acide Soit un acide carboxylique A à chaîne saturée, noté R-COOH. a) Donner la formule générale de cet acide en désignant par n le nombre d'atomes de carbone contenus dans R-. b) Soit un alcool B de formule brute CH4O. Donner la formule développée de cet alcool. Préciser son nom. c) On fait réagir A et B. Quel est le nom de cette réaction? Ecrire son équation bilan. La masse molaire du produit obtenu est 88 g / mol En déduire la formule semi développée de l'acide A et donner son nom. 4° Le chlorure de vinyle CH2 = CHCl est à la base de la préparation du polychlorure de vinyle (PVC). La synthèse du chlorure de vinyle se fait en deux étapes a) Par une réaction d'addition de dichlore sur l'éthylène, on obtient le 1, 2-dichloroéthane. Écrire l'équation de la réaction en utilisant les formules semi développées. b) Par décomposition du 1 2-dichloroéthane, on obtient du chlorure de vinyle et du chlorure d'hydrogène. Écrire l'équation correspondante. 5°Le plexiglas Le méthacrylate de méthyle est un composé de formule CH2 = C - COOCH3 CH3 Par polymérisation, on obtient le poly méthacrylate de méthyle commercialisé sous le nom de plexiglas Quel est le motif du polymère ? 6° Le Polychlorure de vinyle Le Polychlorure de vinyle est obtenu par polymérisation du chlorure de vinyle de formule développée H H C C H Cl Le chlorure de vinyle est obtenu à partir d'un alcène de formule brute C2H4. a) Nommer cet alcène. b) Écrire la formule brute du chlorure de vinyle. c) Calculer sa masse molaire moléculaire d) Ecrire le motif du polychlorure de vinyle e) Calculer la masse molaire du polymère si n = 2000. On donne les masses molaires atomiques: M(C)= 12 g / mol ; M(H) = 1 g / mol M(Cl) = g / mol. 7° Le propylène Le monomère utilisé Pour fabriquer les couvercles de cafetière est le Propène (C3H6) appelé aussi propylène. a. Calculer la masse molaire moléculaire du propène. Données : M( C) = 12 g / mol; M(H) = 1 g / mol b. Donner la formule semi développée du propène. c. Le propène est il un alcane ou un alcène ? Justifier la réponse. d. Écrire l'équation de polymérisation du propène et donner le nom du polymère obtenu. 8° Le Poly acétate de vinyle Le Poly acétate de vinyle est une matière plastique fabriquée industriellement par Polymérisation de l'acétate de vinyle. Ce dernier est obtenu par réaction de l'acide acétique CH3COOH sur l'acétylène C2H2 selon l'équation CH3COOH + C2H2 CH3COOCH =CH2 a. Écrire les formules développées de l'acide acétique et de l'acétylène. b. Dire pourquoi l'acétate de vinyle est polymérisable. c. Un échantillon de poly acétate de vinyle a une masse molaire de 129 000 g / mol .Calculer son degré de poIymérisation. Données : M(C) = 12 g / mol; M(H) = 1 g / mol ; M(O) = 16 g / mol LP ROMPSAY P CORMERAIS LP ROMPSAY P CORMERAIS Un peu d'histoire. En 1870, aux Etats Unis, un concours est lancé pour remplacer l'ivoire, devenu trop cher, des boules de billard : la première matière synthétique, le Celluloïd apparaît. Son utilisation reste limitée. La naissance de la Bakélite, en 1909, contribue à une utilisation plus large, les applications demeurant toutefois des objets de demi luxe ou de loisirs. Il n'en demeure pas moins qu'en 1920, 6000 tonnes de matières plastiques sont consommées dans le monde. Ce n'est qu'en 1922 que Staudinger, de Farben en Allemagne formalisent la chimie des polymères qui autorise le véritable essor des matières plastiques. Il faudra attendre 1930 pour voir apparaître le polystyrène. Le polychlorure de vinyle (PVC) n'est commercialisé qu'en 1931, huit ans après son invention il était nécessaire de régler les problèmes de vieillissement et de dégradation rapide des polymères avant de passer à la phase d'industrialisation. La maîtrise des réactions de polymérisation et des catalyseurs à grande échelle serait demeurée inutile sans la mise au point de stabilisants pour assurer la longévité des produits. Un marché gigantesque Aujourd'hui, les matières plastiques sont présentes dans la quasi-totalité de l'activité humaine. Si le secteur du conditionnement représente plus du tiers de la consommation totale, ces matériaux sont utilisés couramment dans le bâtiment (environ 20%), les biens de consommation (15%), les transports (Il 0%), la construction électrique (8%), l'agriculture (5%). Que sont les matières plastiques ? Les matières plastiques sont des produits de la chimie organique, constitués par de grosses molécules (macromolécules) composées principalement d'atomes de carbone (C) et d'hydrogène (H) associés ou non à d'autres éléments : chlore, fluor, azote, oxygène, soufre. Dans la pratique, les matières plastiques sont un mélange d'une matière de base (polymère ou copolymère) et d'adjuvants, charges et renforts, servant à modifier les propriétés de la matière de base. Comment sont obtenus polymères et copolymères ? Ils sont obtenus principalement par polymérisation par addition ou par polymérisation par condensation (polycondensation). La polymérisation par addition consiste, en partant d'un ou de plusieurs monomères comportant au moins une double liaison entre deux atomes de carbone, dans certaines conditions de température et de pression et en présence d'un initiateur de la réaction, à "briser" cette double liaison provoquant l'enchaînement des molécules du monomère. Exemples • Synthèse du polyéthylène • Synthèse du polypropylène • Synthèse du polychlorure de vinyle • Synthèse du polystyrène choc (styrène butadiène) Au cours d'une polycondensation, des molécules comportant deux ou plusieurs fonctions susceptibles de réagir entre elles s'associent en chaîne avec élimination d'une petite molécule (eau, ammoniac... LP ROMPSAY P CORMERAIS Exemples: • Synthèse du polyamide 6-6 • Synthèse d'un polyester LES DEUX GRANDES FAMILLES DE MATIERES PLASTIQUES Les polymères thermoplastiques sont constitués d'enchaînements unidimensionnels ou partiellement bidimensionnels de molécules formant ainsi des macromolécules linéaires ou ramifiées. Par chauffage et refroidissements successifs, il est possible de modifier l'état physique et la viscosité de ces thermoplastiques de façon réversible : ils ramollissent puis deviennent liquides lorsque la température s'élève et durcissent de nouveau lorsque la température s'abaisse. Les différentes techniques de transformation des thermoplastiques utilisent cette propriété. Ces matières sont recyclables. Exemples: • PE bd (polyéthylène basse densité), PE hd (polyéthylène haute densité). • PP (polypropylène) • PVC (polychlorure de vinyle). Les polymères thermodurcissables sont constitués de molécules s'étendant dans les trois directions de l'espace, d'autant plus rigides que le réseau tridimensionnel est dense. Ils sont obtenus + soit par polycondensation de molécules dont l'une possède plus de deux sites réactifs . Exemple : les formophénoliques. + soit par réticulation de macromolécules linéaires sous l'influence de durcisseurs, initiateurs, chaleur, pression, par création de ponts entre les chaînes. . Exemple : les polyesters. L'objet thermodurcissable est infusible et non recyclable. POLYMERES AMORPHES ET POLYMERES CRISTALLINS Dans les polymères linéaires ou ramifiés, la structure peut revêtir deux formes * un état inorganisé dit amorphe dans lequel il n'y a pas d'arrangement des macromolécules. Cet état se caractérise par • Une transparence du matériau. • Un retrait faible et homogène dans la masse. • Une tenue moyenne en température. • Une résistance mécanique limitée. • Un coefficient de frottement important. • Une tenue limitée aux hydrocarbures. • L'absence de point de fusion franc et l'existence d'une plage de ramollissement. * un état cristallin dans lequel les macromolécules sont alignées. Cet état se caractérise par : • La translucidité du matériau. • Un retrait important et hétérogène dans la masse. • Une bonne tenue en température. LP ROMPSAY P CORMERAIS • Une bonne résistance mécanique. • Un faible coefficient de frottement. • Une bonne tenue aux hydrocarbures. • Un point de fusion des zones cristallines franc. L'état amorphe est favorisé par une élévation de la température tandis qu'un refroidissement lent, sous faible pression d'un polymère fondu favorise l'état cristallin. Exemples de polymères amorphes: PS, PMMA, PC... Exemples de polymères cristallins : PE, PP, PA.. RECYCLAGE: OU EN EST-ON ? Répartition des déchets plastiques en fonction de leur origine. Les déchets plastiques sont estimés à 3 millions de tonnes. - Ordures ménagères : 2 millions de tonnes dont 820 000 seraient des emballages. - Déchets d'emballages industriels et commerciaux: 480 000 tonnes. - Déchets plastiques de la plasturgie : 150 000 tonnes. - Déchets agricoles : 420 000 tonnes. On estime à 360 000 tonnes par an le polyéthylène contenu dans les ordures ménagères. Collecte et tri 40% de la population française vivent dans des communes pratiquant la collecte sélective des emballages ménagers; 9 millions d'habitants trient effectivement leurs emballages recyclables. Actuellement, les centres de tri ne cessent de se développer. Avec environ 135 000 tonnes à traiter, le recyclage des matières plastiques, constitue une priorité. Le recyclage matière devrait être utilisé en France pour 15% au moins pour chaque matériau. Parallèlement au recyclage, d'autres valorisations sont possibles : la valorisation chimique et la valorisation énergétique. La réduction des emballages à la source est une approche complémentaire. De nombreuses entreprises ont ainsi allégé les emballages. On aboutit cependant à un paradoxe. Prenons en effet l'exemple des écorecharges lessivières, si l'utilisation de matière première est réduite de 80%, la collecte du film plastique constituant les éco recharges se révèle plus délicate que celle des conteneurs d'origine en PE hd. Recyclage du polyéthylène Les objets broyés, lavés, débarrassés de leurs impuretés sont séchés. On obtient des écailles qui seront fondues dans une extrudeuse pour être filtrées à chaud (élimination des particules d'aluminium) et enrichies d'additifs. La matière ainsi récupérée à la sortie de l'extrudeuse est transformée en granulés. Recyclage du PVC Les objets en PVC sont également broyés et débarrassés de leurs impuretés. ils subissent alors un second broyage. On obtient du PVC micronisé qui sera injecté, extrudé... Les principaux procédés de valorisation chimique. Il s'agit de transformer les matières en matières premières réutilisables dans les raffineries, la pétrochimie et la chimie. La pyrolyse Obtention d'hydrocarbures liquides ou gazeux utilisables en raffinerie par décomposition des molécules par chauffage sous vide. Hydrocraquage Obtention d'huiles carbonées par action de la chaleur et de l'hydrogène sur les plastiques. Ces huiles sont utilisées dans les installations chimiques. Gazéification Obtention d'un mélange gazeux d'oxyde de carbone et d'hydrogène par chauffage de polyoléfines en présence d'oxygène (ou d'air). Ce gaz peut être utilisé pour produire de l'éthanol, de l'ammoniac.... Hydrolyse, glycolyse, alcoolyse. Décomposition de certaines matières plastiques en monomères pouvant être à nouveau polymérisés. LP ROMPSAY P CORMERAIS POLYETHYLENES Famille: polyoléfines Découverte du polyéthylène basse densité radicalaire , PEbdr, en 1939. Les polyéthylènes sont les matières plastiques les plus utilisées dans le monde. Exemple : Polyéthylène basse densité / haute densité (PEbd, PEhd) Formule chimique «Procédé d'obtention (CH2 – CH2 )n Polymérisation de l'éthylène à haute Pression. Caractéristiques • Masse volumique (g/cm3): ............... 0,92 - 0,94 (PEbd) / 0,94-0,96 (PEhd) • Température de transition vitreuse --- 110 (PEbd)/ 110 (PEhd) • Température de fusion 110 (PEbd)/-130 (PEhd Agents agressifs : Tétrachlorure de carbone, solvants chlorés et aromatiques, oxydants Transformation Injection, extrusion, moulage par rotation, enduction, moussage. Avantages PEbd : Mise en oeuvre aisée (injection, extrusion, films ). Excellentes propriétés d'isolation électrique et de résistance au chocs. Grande inertie chimique. Qualité alimentaire PEhd : Mêmes propriétés que le PEbd mais une plus grande rigidité et une meilleure tenue en température Inconvénients. PEbd : Sensible aux UV en présence d'oxygène (air). Sensible à la fissuration sous contrainte. Mauvaise tenue à la chaleur- Collage difficile ou impossible. Retrait important. PEhd: Mêmes inconvénients que le PEbd Applications PEbd : Films pour emballage, sachets, cuvettes, pots , bouteilles, bouchons, tuyaux souples, jouets. PEhd : Corps creux pour embouteillages rigides casiers, caisses, Poubelles, films d'emballage, palettes de stockage, signalisation 'urbaine. POLYPROPYLENE Famille: polyoléfines Formule chimique et Procédé d'obtention H H C– C H CH3 n Polymérisation du Propylène Caractéristique • Masse volumique (g/cm3): ............... 0,90 - 0,91 • Température de transition vitreuse --- -10 • Température de fusion 168-169 Agents agressifs : Tétrachlorure de carbone, solvants chlorés et aromatiques oxydants Transformation Injection, extrusion, extrusion - soufflage, injection - soufflage, enduction, moussage. Avantages Meilleure tenue mécanique que le PE. Excellentes propriétés en fatigue de flexion. Bonne tenue en température. Non fissuration sous. charge. Bonne inertie chimique. Qualité alimentaire. Inconvénients LP ROMPSAY P CORMERAIS Sensibles aux UV en présence d’oxygène. Collage difficile voire impossible. Formage difficile Applications Films pour emballages alimentaires, corps creux pour embouteillages rigides (bouteilles de lait) vaisselle pour four à micro-ondes, pièces avec charnière intégrée intérieur de machine à laver, lave-vaisselle, tuyaux de circulation d’eau, fils, cordages, tissages, tapis moquettes. POLYMERES STYRENIQUES Famille: les styréniques. Le polystyrène (PS) fut découvert en 1930, le polystyrène expansible (PSE) en 1951, le ter polymère acrylonitrile – butadiène - styrène (ABS) en 1946. Exemple: Polystyrène choc Formule chimique et procédé d'obtention CH CH2 n Polymérisation du styrène (le styrène est obtenu par action du benzène sur Caractéristiques • Masse volumique (g/cm3): 1,04 • Température de transition vitreuse : 90 l'éthylène). Transformation des polymères styréniques Moulage par injection, extrusion, calandrage, expansion par injection de vapeur d'eau pour le PSE. Avantages: Meilleure résistance au choc que PS cristal Inconvénients : Moins rigide que le PS cristal. Plus difficile à souder. Opaque. Applications des polymères styréniques Ameublement, armoires de toilettes, contre-porte de réfrigérateur ou de congélateur. Exemple: Polystyrène cristal Avantages : Rigide. Alimentaire. Bonne stabilité dimensionnelle. Transparent. Inconvénient : Cassant. Peu résistant aux chocs. Electrostatique. Mauvaise résistance aux essences. Applications : Emballages, pots de yaourts, présentoirs thermoformés. Jouets, Pinces à linge. Diffuseur optique. POLYCHLORURE DE VINYLE RIGIDE SOUPLE Famille: Vinyliques Formule chimique et procédé d'obtention H H C– C H Cl n Polymérisation du chlorure de vinyle en émulsion, en suspension ou en masse. Caractéristiques Masse volumique (g/cm3): Température de transition vitreuse : Température de fusion (°C): LP ROMPSAY 1,38 (rigide) - 1,3-1.7 (souple) 75-105 (rigide) - 40 (souple) 160-170 (rigide) - 140-170 (souple) P CORMERAIS Agents agressifs Le PVC non plastifié est sensible aux hydrocarbures aromatiques et chlorés, aux esters et cétones. En revanche, il résiste bien aux acides et bases ainsi qu'aux huiles, alcools et hydrocarbures aliphatiques. Le PVC souple est sensible aux agents atmosphériques et à la lumière solaire. Transformation Injection, extrusion - soufflage, moulage par rotation, enduction, calandrage. Avantages : PVC rigide : Bonne rigidité jusqu'à 70°C. Bonne stabilité dimensionnelle auto extinguible. Bonne tenue chimique. PVC souple: Souple bien sûr, utilisable à basse température. Inconvénients : PVC rigide: Fragile à basse température. Sensible aux UV. PVC souple: Moins bonne tenue chimique que le PVC rigide. Non alimentaire. Applications PVC rigide :Tuyauterie (eau, électricité), profilés, emballages alimentaires (pots, barquettes ... ), flacons pour produits cosmétiques. PVC souple: Tuyauterie souple (eau, gaz); cordage, gainage. PHENOPLASTES PF Famille: Formophénoliques. La Bakélite", une des plus anciennes matières plastiques, fut découverte en 1909. Formule chimique et procédé d'obtention. CH2 n OH Obtenus par polycondensation du phénol et du formol en milieu acide (novo laques) ou en milieu alcalin (résols) Caractéristiques • Masse volumique (g/cm3) : 1,35 à 1,8 Propriétés chimiques Les phénoplastes sont attaqués par les acides forts et surtout par les bases fortes. En revanche, ils sont résistants à la plupart des agents chimiques : solvants, acides et bases. Bonne résistance aux attaques des micro-organismes ainsi qu'à l'humidité. Résistance aux UV mais jaunissement. Transformation des phénoplastes Moulage par compression. Avantages Excellente tenue en température. Faible retrait. Bonne tenue chimique (sauf bases fortes). Bonnes propriétés mécaniques. Auto extinguible. Inconvénients Couleurs foncées seules possibles. Non alimentaire. Mauvaise résistance à l'arc. Pertes diélectriques importantes entraînant un usage limité à haute fréquence. Applications des phénoplastes. Pièces mécaniques rigides isolantes (électricité et chaleur) et de haute tenue en température (poignées de casseroles ... ), tissus pour l'électronique et la construction mécanique. LP ROMPSAY P CORMERAIS POLYAMIDES PA Désignations commerciales: Nylon (PA 6-6) / PA 11 et PA 12 (Rilsan) / Technyl D (Rhône Poulenc). Le PA 4-6 est découvert en 1988. Formule chimique et procédé d'obtention. [ HN - (CH2)p - NH - CO – CH2 )m- CO]n Les PA sont obtenues à partir d'un acide carboxylique et d'une diamine. On les désigne par deux chiffres, le premier représentant le nombre d'atomes de carbone de la diamine, le second du diacide. Ex : Le polyamide 6-6 [ HN - (CH2)6 - NH - CO – CH2 )6- CO]n Polycondensation entre l'héxaméthylène diamine et l'acide adipique (hexane dioïque) Caractéristiques • Masse volumique (g/cm3): • Température de fusion : 1,14 250 – 260°C Agents agressifs Mauvaise tenue aux acides (sulfurique, chlorhydrique, méthanoïque, nitrique) et aux phénols, hypochlorite de sodium, eau chlorée... Transformation des polyamides Moulage par injection, extrusion, frittage. Avantages Bonnes propriétés mécaniques : traction, fatigue, choc, bonne résistance à l'abrasion. Bonne inertie chimique. Auto extinguible, bonne tenue en température. Bonne isolation thermique sauf en atmosphère humide. Inconvénients Propriétés altérées en atmosphère humide. Applications dons des polyamides: Pièces techniques pour l'automobile et l'électroménager, capotage, visserie, interrupteurs, prises, fibres textiles, revêtement résistant à la corrosion, matériel médical (seringue PA 6-10). 1 POLYMETHACRYLATE DE METHYLE (PMMA) Le PMMA a été découvert en 1927. Désignations commerciales: Plexiglas (Rhom), Altuglas (CDF), Diakon (ICI) Famille: Polyacryliques Formule chimique et procédé d'obtention. H CH3 C C H C = O O CH3 n Polymérisation en émulsion ou en coulée du méthacrylate de méthyle. Caractéristiques • Masse volumique (g/cm3): • Température de transition vitreuse : • Température de fusion: 1,18 110 – 135°C 210 – 240°C Agents agressifs LP ROMPSAY P CORMERAIS Le PMMA est attaqué par l'acétone, l'éthanol, l'ammoniaque, le benzène, le cyclohexane, l'eau oxygène à plus de 40%, le chloroforme.... En revanche, il résiste assez bien, jusqu'à 60°C, aux acides organiques et minéraux dilués ainsi qu'aux solutions alcalines diluées. Sa résistance au vieillissement lumière est bonne. Transformation Transfert du monomère entre des moules polis puis polymérisation. Extrusion, moulage par injection. Ce semiproduit se prête au formage à chaud et à l'usinage. Avantages Transparence exceptionnelle. Bonne tenue aux UV. Surface brillante. Thermoformage aisé. Facile à coller. Possibilité de coulée. Inconvénients Cassant, fragile, rayable. Tenue en température limitée (80°C). Résistance chimique médiocre. Fendillement sous charge possible. Applications : Plaques pour vitres, hublots, dômes, vitrines, feux arrières, catadioptres, lentilles optiques, cadrans téléphoniques, enseignes lumineuses, meubles modernes, appareils de dessin (équerres), verres de montres. LP ROMPSAY P CORMERAIS
