Le document

Thème : MATERIAUX
Sous thème : CYCLE DE VIE – séance 3
Tri et recyclage de polymères
Activité 1 : polymérisation – dépolymérisation
 interpréter un protocole donné :
Données :
- Plexiglas = PMMA (polymethacrylate de methyle) Tfusion = 200°C Tdépolymérisation = 130-140 °C environ
- Methacrylate de methyle Teb = 100,5°C
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Dans un tube à essai mettre 4 ou 5 morceaux de plexiglas. Disposer au dessus un tube à dégagement qui
plonge dans un tube à essai vide plongeant lui même dans la glace.
Allumer le bec bunsen puis chauffer (port de lunettes obligatoire) le tube contenant le plexiglas en le
bougeant en permanence au dessus du cône bleue de la flamme.
Arrêter le chauffage dès que vous avez recueilli un petit fond de tube à essai d’un liquide.
Se munir du bouchon surmonté d’un long tube de verre. Sous la hotte, ajouter une petite pointe de spatule de
peroxyde de benzoyle*, qui est un initiateur de la réaction de polymérisation. Agitez sans retourner, bouchez
le tube avec le bouchon surmonté du tube en verre. Disposez le tout dans le bain marie.
Observez de temps en temps l’évolution de la consistance du mélange.
*
Attention, le peroxyde de benzoyle est explosif : pas de flamme à proximité, pas de dispersion du produit en
poudre.
Questions :
1) Produire un paragraphe permettant de justifier que le liquide recueilli ne peut être le plexiglas sous forme
liquide. Quel peut être ce liquide ?
2) Lors de la réaction de polymérisation, à quoi sert le bouchon surmonté d’un tube en verre. Dans l’industrie,
par quoi aurait il pu être remplacé ?
3) Le polymère obtenu est-il du plexiglas ? Justifiez en proposant une explication.
 écriture de motifs de polymères et reconnaissance de groupes caractéristiques :
On donne (dans cet ordre) différents monomères intervenants dans la fabrication des plastiques PMMA (plexiglas),
PVC, PE (polyethylène) et PP (polypropylène).
Questions :
4) Entourez les groupes fonctionnels présents dans ces monomères. Quel est le point commun à ces 4
monomères ?
5) Montrez comment la rupture d’une des liaisons covalentes dans ces monomères peut permettre l’assemblage
de 2 puis 3 puis 4,… molécules de monomères les unes à la suite des autres. Faites un schéma montrant les
séparation-appariement d’électrons dans les liaisons covalentes (rappel : une LC = mise en commun 2
électrons !).
6) Ecrire le motif de chaque polymère sous la forme –(motif se
répétant -)n– .
Par exemple pour le plexiglas dont la molécule s’allonge par la
formation de fonctions ester (processus un peu différents des 4
précédents), le motif s’écrit :
7) que signifie la lettre n mise en indice ?
8) En quoi la dépolymérisation d’un plastique peut être utile pour le recyclage ?
Activité 2 : Triage mécanique des
matières plastiques
Le document ci contre montre de manière schématique le
devenir des matières recyclable jetés dans nos poubelles
(triées ou non).
La filière recyclage est plus intéressante économiquement
et écologiquement que la filière valorisation même si l’une
comme l’autre sont de grandes pourvoyeuses de gaz à effet de
serre et que le meilleur moyen de limiter ces émissions reste
encore de ne pas avoir à recycler ces déchets en ne les
produisant pas ! Un bon recyclage passe par un bon tri : à la
maison comme dans l’usine de retraitement.
Il est préconisé aujourd’hui de laisser les bouchons des
bouteilles plastiques sur celles-ci car les uns et les autres étant
constitué de matières plastiques différentes (PE et PET en
général), ils seront facilement séparables.
Mesurer une densité – Noté (5 points) : A l’aide de la verrerie
disponible et d’une balance, mesurez avec précision la densité du
polymère dont on vous fournit un échantillon et le reconnaître parmi
ceux proposés dans le tableau ci contre.
Application au tri : vous disposez d’une bouteille de lait avec son bouchon, imaginez un processus industriel le
plus simple possible permettant de séparer la matière composant le bouchon de celle composant la bouteille sans
disposer d’un employé dévissant ce bouchon (vu les quantités, c’est inenvisageable). Expliquez par un schéma le
principe de séparation.
Mettre en œuvre collectivement ce protocole avec le professeur après en avoir discuté.
Activité 3 : Triage optique des matières plastiques
 Tri optique simple: reconnaissance d’un polymère bien connu
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Chauffer au bec bunsen un fil de cuivre (attention aux brûlures, le cuivre est très conducteur de la chaleur)
Le mettre au contact de la matière plastique à tester ; celle ci doit fondre un peu sur le fil
Reporter alors le fil dans la flamme : si celle ci est verte, c’est signe de la présence de chlore
Questions :
9) Quel polymère ce test permet-il de reconnaître ?
10) Dans quel(s) objet(s) quotidien y en a-t-il ? (réponse par l’expérience bien sûr)
La couleur observée est en réalité due à l’élément cuivre qui s’est combiné à chaud avec l’élément chlore pour
former un composé ionique très volatile de CuCl2
11) Que signifie le terme souligné ? Que cela implique-t-il sur le type de spectre de lumière que l’on obtiendrai
si l’on en faisait une analyse avec le spectrophotomètre ?
12) Sous quel forme se trouve l’élément cuivre dans cet assemblage ?
13) A chaud et au contact de la matière plastique quel type de réaction a subit l’élément cuivre ? Expliquez.
 Tri optique plus pointu:
le tri mécanique précédent permet simplement de séparer les plastiques plus denses que l’eau (PET, PMMA, PVC)
de ceux moins denses que l’eau (PE, PP). Pour obtenir un tri poussé c’est à dire au final obtenir des matériaux
recyclés de grande qualité, il faut avoir recours à des méthodes optiques utilisant l’absorption des rayonnements IR
par les liaisons covalentes des molécules organiques.
Voici les spectres d’absorption (ou de transmission) IR de quelques polymères.
Aide : ce qui compte,c’est de repérer la position des « pics » qui indique une absorption d’un rayonnement IR donné
par une certaine liaison covalente de la molécule. Un même type de liaison absorbe toujours le même rayonnement
(IR ici) de longueur d’onde donné. Repérer la longueur d’onde absorbée, c’est repérer les liaisons covalentes
présentes.
En abscisses, on ne trouve en réalité pas la longueur d’onde mais son inverse 1/λ dont l’unité est le cm-1 si λ a été
prise en cm !
PVC
PET
PMMA
PE
PP
Question : produire un paragraphe
argumenté à partir de documents
14) Expliquez comment le trieur
optique peut reconnaître et séparer les
plastiques sachant qu’il n’identifie bien
que des absorption importantes et
différentes entre elles