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