Dépolymérisation du PET

I – Présentation :
- La molécule de PET (PolyEthylèneTéréphtalate) : Le polyéthylène téréphtalate (PET), issu de la poly-
condensation de l'acide téréphtalique et de l'éthylène glycol , est un polymère.
Souvent utilisé pour les bouteilles de boissons gazeuses, d'huile de cuisine, pour sa transparence, sa résis-
tance aux chocs, son faible poids et son imperméabilité à l’eau, aux gaz et aux arômes. S'il est actuellement le
plastique le plus recyclable, une étude italienne récente a démontré qu'au delà d'un certain temps de stock-
age de l'eau dans une bouteille en PET, un phtalate probablement cancérigène pourrait s'y développer.
- L’hydrolyse d’un ester :
L'hydrolyse d'un ester est la réaction inverse de la réaction d’estérification. Elle conduit à un acide
carboxylique (ou un ion carboxylate) et à un alcool. L'état d'équilibre est atteint au bout d'un temps très
long en l'absence de catalyse. Comme un catalyseur catalyse aussi bien la réaction directe que la réac-
tion inverse, on peut utiliser les mêmes catalyseurs que pour l'estérification. Le plus simple est l'ion
H+.
 en milieu acide, on obtient l'acide carboxylique. La transformation conduit à un équilibre :
 en milieu basique, le produit final est l'ion carboxylate. Les ions OH ne sont pas des cataly-
seurs car ils sont consommés dans la réaction. La transformation est totale :
31ème EDITION DES OLYMPIADES DE LA CHIMIE
2014/2015
Chimie, Energie, Recyclage et Valorisation
ACADEMIE DE BORDEAUX
Dépolymérisation du PET

II – Protocole : hydrolyse du PET
Schéma du montage à réaliser :
Mise en œuvre de la réaction :
- Dans un ballon bicol de 250 mL introduire 1,5g de PET découpé en morceaux très fins (bouteille ketchup ou
de miel).
- Ajouter 2g de soude en pastille (!). Voir consignes de sécurité en annexe.
- Ajouter 40 mL de glycol puis chauffer à 180 °C (valeur à ne pas dépasser pour ne pas atteindre la température
d’ébullition de l’éthylène glycol (197 °C)) pendant 30 min. La température sera contrôlée à l’aide d’un
thermomètre adapté sur le col latéral et l’agitation assurée par un barreau aimanté.
Pendant la durée du chauffage, commencer à répondre aux questions.
- Dans un premier temps, refroidir le ballon à l’air libre, puis le placer dans un bain d’eau froide amené sous le
ballon à l’aide de l’élévateur.
- Une fois la température revenue à une valeur raisonnable, défaire le réfrigérant et laisser le col central du
ballon ouvert.
- Neutraliser la solution à pH = 6,5 en ajoutant petit à petit (utiliser les « pipetons » en plastique) une solution de
H2SO4 concentrée et en contrôlant le pH (papier pH et tige en verre).
- Filtrer le contenu du ballon et récupérer le filtrat dans un bécher : l’objectif est ici de se débarrasser du PET
solide qui n’aurait pas réagi et qui serait encore présent dans le milieu.
- Faire précipiter le TPA (acide téréphtalique) en acidifiant lentement le milieu à pH = 2,5 avec la solution de
H2SO4.
- Filtrer la solution sur Büchner.
- Récupérer le filtrat.
- Laver le solide resté sur l’entonnoir Büchner à l'acétone puis le sécher sur papier filtre.
- Peser le solide obtenu.
Caractérisation du produit obtenu :
On réalise un spectre IR du produit obtenu en solution dans l’éthanol (voir annexes). Le spectre a été réalisé
avec du produit sec, sur l’appareil Jasco FT/IR - 4100

Données :
Couples de l’acide téréphtalique : HOOC–C6H4–COOH / HOOC–C6H4–COO-
HOOC–C6H4–COO- / -OOC–C6H4–COO-
pKA de l’acide téréphtalique à 25 °C : 3,54 et 4,46
Solubilité dans l’eau de l’acide téréphtalique (20 °C) : 2,8 g.L-1
A la pression atmosphérique, l’acide téréphtalique ne fond pas et se sublime à la température de 300°C.
Questions :
1. Ecrire l’équation de la réaction d’hydrolyse du PET en milieu basique.
2. Légender le schéma du montage.
3. Quels sont les intérêts d’un chauffage à reflux (3)?
4. A quoi sert le glycol ?
5. Quel est le nom du glycol en nomenclature systématique ?
6. Tracer le diagramme de prédominance du TPA. Quelle espèce prédomine en milieu basique ?
7. Justifier le choix de se placer à pH < 2,5.
8. Calculer le rendement de votre synthèse. Commentez votre résultat.
9. Dans le cadre de la pratique d’une « chimie verte » et de la valorisation des déchets, proposer un
protocole qui permettrait de récupérer le glycol.
10. Pourquoi n’utilise-t-on pas la température de fusion pour caractériser le TPA ?
Faire l’analyse des spectres IR.
11. Sachant que le TPA a été dissous dans l’éthanol, repérer la bande d’absorption due au solvant. Le
spectre peut-il correspondre au TPA ?
12. Sur des spectres réalisés à partir des solides (spectres B et C) repérer les bandes correspondant aux
groupes caractéristiques.
Annexes :
Consignes de sécurité : "Lire l'étiquette, c'est déjà se protéger" (source : document INRS)
Soude
(hydroxyde de
sodium)
H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires
Ethylène glycol
H302 : Nocif en cas d'ingestion
Acide sulfurique
H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires
P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un
équipement de protection des yeux/du visage.
P305+P351+P338 : EN CAS DE CONTACT AVEC LES YEUX : rincer avec pré-
caution à l’eau pendant plusieurs minutes. Enlever les lentilles de contact si
la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à
rincer.
Acétone
(propanone)
H225 : Liquide et vapeurs très inflammables
H319 : Provoque une sévère irritation des yeux
H336 : Peut provoquer somnolence ou vertiges

Spectre éthanol
Spectre IR du TPA en solution dans l’éthanol (avec l’appareil du lycée)

Spectre IR du TPA (spectre B) :
Spectre IR du PET (spectre C) :