Dépolymérisation du PET

31ème EDITION DES OLYMPIADES DE LA CHIMIE
2014/2015
Chimie, Energie, Recyclage et Valorisation
ACADEMIE DE BORDEAUX
Dépolymérisation du PET
I – Présentation :
- La molécule de PET (PolyEthylèneTéréphtalate) : Le polyéthylène téréphtalate (PET), issu de la polycondensation 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 résistance 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 stockage 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 réaction 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 catalyseurs car ils sont consommés dans la réaction. La transformation est totale :
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–COOHOOC–C6H4–COO- / -OOC–C6H4–COOpKA 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 précaution 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.
H225 : Liquide et vapeurs très inflammables
H319 : Provoque une sévère irritation des yeux
H336 : Peut provoquer somnolence ou vertiges
Acétone
(propanone)
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) :
Extrait Table des nombres d’ondes
Liaison
O-H alcool libre
O-H alcool lié
C-H alcène
C-H aromatique
C-H alcane
C-H aldéhyde
O-H acide carboxylique
C=O anhydride
C=O chlorure d’acide
C=O ester
C=O aldéhyde et cétone
C=O acide
C=C
C=C aromatique
Nombre d’ondes cm-1
3580-3670
3200-3400
3000-3100
3030-3080
2800-3000
2750-2900
2500-3200
1700-1840
1770-1820
1700-1740
1650-1730
1680-1710
1625- 1685
1450-1600
Intensité
F ; large
F ; large
m
m
F
M
F à m ; large
F ; 2 bandes
F
F
F
F
M
Variable : 3 ou 4 bandes
F : fort, m : moyen ; f : faible.
Le recyclage du PET et du PEHD: Après le tri effectué par les habitants, les bouteilles sont envoyées dans un
centre de tri où elles sont séparées par type de plastique. Conditionnées ensuite en balles, elles sont dirigées
vers les différentes usines de recyclage où, broyées et mélangées à la matière plastique vierge, elles
deviendront de nouveaux objets.