elaboration des polymeres - mines...
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Cours Matériaux 2005
ELABORATION DES POLYMERES
Jean-Marc HAUDINCEMEF
PLAN
1. LE CONCEPT DE POLYMERE
2. SYNTHESE DES POLYMERES
3. CLASSIFICATION DES POLYMERES
4. DOMAINES D’UTILISATION
5. RECYCLAGE
6. CONCLUSIONS : IMPORTANCE ECONOMIQUE
1. CONCEPT DE POLYMERE
- Définitions
- Le fait macromoléculaire
- Notion de polymolécularité
- Cycle de vie des polymères
Définitions-Un polymère est une macromolécule obtenue par larépétition d’une unité constitutive, comportant un grouped’atomes liés par des liaisons covalentes
- Chaîne macromoléculaire-A-A-A-A-A- Exemple
Polypropylène
- Homopolymère : une seule unité constitutive Copolymère : plus d’une unité constitutive
2CH CH
3CH
Le fait macromoléculaire
- macromolécule : à partir de 1000 à quelques milliersde g/mol
- intérêt industriel : g/mol
- exemple du polyéthylène industriel•10000•140000 g/mol•1,26
4 610 10−
2CH
P
Notion de polymolécularité
∑
∑=
LL
LQ
1
010
LL
∑
∑=
LLL
LLL
Z01
01
0
2
∑
∑=
LLL
LLL
]01
01
0 2
3
0
0
Q
Z, =
Cycle de vie des polymères-(ODERUDWLRQ : synthèse chimique
-)RUPXODWLRQ : additifs, colorants, plastifiants, charges etrenforts, renforçants choc, additifs anti-combustion
-0LVH�HQ�°XYUH : en particulier à partir de l’état fondu(Séance 11)
-8WLOLVDWLRQ : faible coût, densité, propriétés mécaniques,optiques, thermiques et électriques, physico-chimiques
-'HYHQLU�DSUqV�XVDJH : élimination, réutilisation ouvalorisation ?
2. SYNTHESE DES POLYMERES
- /HV�JUDQGV�SURFpGpV
x Polymérisation en chaînex Polycondensation
- 1RPHQFODWXUH�GHV�SRO\PqUHV
x Nomenclature basée sur le processus deformationx Nomenclature de certains polycondensatsbasée sur leur structurex Noms courantsx Sigles
Les grands procédés
• 3RO\PpULVDWLRQ�HQ�FKDvQH
A=B
-$PRUoDJH
R*+A=B → R-A-B-
-3URSDJDWLRQ
R-A-B-+A=B → R-A-B-A-B-R-A-B-A-B-+A=B → R-A-B-A-B-A-B-
------------------------------------------------R-(A-B) -A-B-+A=B
→ R-(A-B) -A-B-Q
1Q+
-�,QWHUUXSWLRQ
• par combinaison
• par transfert
1( ) ’ ( ) ’*Q Q5 $ % $ % 5 + 5 $ % + 5+− − − − − + → − − − +
55%$5%$5 %$%$%$ TSTS−−→−−−−+−−−− −−− ++)()()( 2
• Polycondensation
n H2N R NH2 + n HOOC R’ COOH → H ( NH R NH CO R’ CO)n OH+ (2n – 1) H2O
Diamine H2N – R – NH2
Diacide HOOC – R’ – COOH
– NH – CO – Polyamide
Nomenclature des polymères
- 1RPHQFODWXUH�EDVpH�VXU�OH�SURFHVVXV�GH
IRUPDWLRQ
Ethylène → polyéthylèneChlorure de vinyle → poly(chlorure de vinyle)
- 1RPHQFODWXUH�GH�FHUWDLQV�SRO\FRQGHQVDWV�EDVpH
VXU�OHXU�VWUXFWXUH
Acide téréphtalique + éthylène glycol→ poly(téréphtalate d’éthylène)
Acide adipique + héxaméthylène diamine→ poly(hexaméthylène adipamide)
-�1RPV�FRXUDQWVPoly(hexaméthylène adipamide) → polyamide 6-6
Nylon 6-6
-�6LJOHVPoly(chlorure de vinyle) → PVC (Poly(Vinyl Chloride)Poly(téréphtalate d’éthylène) → PET (Poly(EthyleneTerephthalate)
Exemples
3. CLASSIFICATION DES POLYMERES
- selon la structure chimique et la microstructure- selon l’origine- selon le mode de synthèse- selon les propriétés- selon l’importance économique- selon l’utilisation- en fonction du cycle de vie
• 6WUXFWXUH�FKLPLTXH�HW�PLFURVWUXFWXUH��6pDQFH���
- constitution : chaîne carbonée ou non (silicones), homo-et copolymères- dimensionnalité : linéaires, ramifiés, réticulés- enchaînements des comonomères : copolymèresstatistiques, alternés, à blocs, greffés- configuration : isotactique, syndiotactique, atactique- état physique : amorphe, semi-cristallin
x 2ULJLQH- naturels : cellulose, caoutchouc naturel, etc.- artificiels : nitrate et acétate de cellulose, ébonite- synthétiques
x 0RGH�GH�V\QWKqVH- polymérisats- polycondensats
x 6HORQ�OHV�SURSULpWpV- thermoplastiques- thermodurcissables- élastomères
x�6HORQ�O¶LPSRUWDQFH�pFRQRPLTXH- grande diffusion : PE, PP, PS, PVC- techniques : polyamides, PET- hautes performances
•6HORQ�O¶XWLOLVDWLRQ : colles et adhésifs, peintures,vernis, mastics, matières plastiques, caoutchoucs,fibres textiles, mousses
x(Q�IRQFWLRQ�GX�F\FOH�GH�YLH�
jetables (< 1 an), durables (1-20 ans),pour infrastructure (>20 ans)
4. DOMAINES D’UTILISATION
-YrWHPHQWV�HW�WH[WLOHV : fibres textiles, non tissés, skaï, simili cuir
-PDURTXLQHULH�FKDXVVXUH : skaï, simili cuir, mousses isolantes
-DPHXEOHPHQW : skaï, simili cuir, colles, vernis, mousses
-DUWLFOHV�PpQDJHUV : tupperware, poubelles, seaux, vaisselle
-VSRUWV�ORLVLUV : cannes à pêche, coques de bateaux, piscines,bandes magnétiques, DVD
-HPEDOODJH�DOLPHQWDLUH (bouteilles, pots de yaourt, briques delait, boîtes à œufs) ou industriel (flacons de détergents, sacs etsachets, casiers, sacs poubelles)
-WUDQVSRUWV�GRQW�DXWRPRELOH : boucliers, carrosserie, optiques,planches de bord, habillage intérieur, réservoirs d’essence
-LQGXVWULH�pOHFWULTXH�HW�pOHFWURQLTXH : boîtiers, gainage decâbles, façades de téléviseurs
-LQGXVWULH�FKLPLTXH : tuyauteries, cuves, revêtements
-EkWLPHQWV��WUDYDX[�SXEOLFV : peintures, isolation, revêtement desol, tuyauteries, géotextiles
-DJULFXOWXUH : irrigation, arrosage, serres, bâches
-K\JLqQH : verres de lunettes, lentilles de contact, prothèses,matériel hospitalier, couches
5. RECYCLAGE
- mise en décharge- réutilisation- incinération sans récupération d’énergie- valorisation
x thermiquex chimiquex matière
Cadre réglementaire (exemples)
- décret du 1er avril 1992 : tout producteur estresponsable de l’élimination des emballages
• une solution : Eco-Emballages
- loi du 13 juillet 1992 : la mise en décharge estlimitée aux déchets ultimes
6. CONCLUSIONS :IMPORTANCE ECONOMIQUE
x En 2000 :-180 MT de matières plastiques synthétiques (France 5MT)-Fibres textiles : de l’ordre de 20% de la production desplastiques-750 MT d’acier (actuellement de l’ordre de 1000 MT)-20 MT d’aluminium
• Croissance : 8 à 10 % par an
• Thermoplastiques de grande diffusion : 80% de la production desmatières plastiques
• Principale application : l’emballage
Production par famille de polymère
Production par type de polymère
Principaux domaines d’applicationdes matières plastiques
Quelques exemples d’emballage