Chimie · 2ème Tec.InfoThème 3 : Chimie organique : les matières plastiques · Chapitre 1

Généralités sur les matières plastiques

Objectifs

À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• définir un polymère, son motif et son indice de polymérisation ;
• dire ce qu'est une matière plastique et le rôle des adjuvants ;
• citer des matières plastiques courantes (PE, PVC, PS, PP) et leurs usages ;
• distinguer un thermoplastique d'un thermodurcissable ;
• citer quelques propriétés physiques et mécaniques des plastiques et identifier un plastique par des tests simples.
Prérequis : composés organiques ; liaison covalente ; masse molaire.

Situation de départ

Ouvrez un ordinateur portable : coque, touches, gaines des câbles, connecteurs, film de l'écran... presque tout ce que vous touchez est en matière plastique. Le skieur, le chirurgien et le constructeur automobile en utilisent aussi de plus en plus, à la place du bois, du verre ou des métaux.
Qu'est-ce qu'une matière plastique ? Pourquoi a-t-elle tant de succès ?

I. Notion de polymère

1. Qu'est-ce qu'un polymère ?

Les tissus synthétiques (Nylon, Tergal) et les peintures ont un point commun : ils sont formés de molécules organiques géantes, de masse molaire très élevée, appelées macromolécules.

À retenir

Un polymère est un composé organique dont les molécules sont formées par la répétition, un très grand nombre de fois, d'une petite unité appelée motif.
Le nombre moyen n de motifs est l'indice (ou degré) de polymérisation ; il va d'une centaine à plus de 100 000 selon le polymère :

M(polymère) = n × M(motif)

Exemple

Le polychlorure de vinyle (PVC) a pour motif -CH₂-CHCl-, de masse molaire 2 × 12 + 3 × 1 + 35,5 = 62,5 g.mol^-1. Un PVC d'indice n = 2 000 a une masse molaire M = 2 000 × 62,5 = 125 000 g.mol^-1.

2. Obtenir un polymère

Certains polymères sont naturels : la cellulose du bois et du coton, le caoutchouc extrait de l'hévéa, l'amidon. La plupart sont synthétiques : on les fabrique par polymérisation à partir de petites molécules, les monomères, de deux façons :
• par polyaddition : des molécules identiques possédant une double liaison C=C s'additionnent les unes sur les autres ; c'est ainsi qu'on obtient le polyéthène à partir de l'éthène :

n CH₂=CH₂ -(CH₂-CH₂)_n-

• par polycondensation : deux monomères différents s'unissent en éliminant une petite molécule (souvent de l'eau) ; le Nylon 6-6 s'obtient ainsi à partir de l'hexane-1,6-diamine et de l'acide hexanedioïque.

Animation

Fig. 1 : polyaddition de l'éthène. La double liaison de chaque molécule s'ouvre ; la chaîne répète le motif -CH₂-CH₂-.

II. Les matières plastiques

1. Polymères et adjuvants

Les polymères purs sont rarement utilisés seuls : on les mélange avec des additifs, les adjuvants, qui améliorent leurs propriétés avant leur mise en forme (moulage, extrusion, soufflage).

À retenir

Une matière plastique est une matière à mouler formée d'un mélange de polymères (d'indices de polymérisation voisins) et d'adjuvants.

polymères + adjuvants = matière plastique

Quelques adjuvants

Adjuvant	Rôle	Proportion en masse
stabilisant	protège contre les dégradations dues à la lumière et à la chaleur	1 à 3 %
lubrifiant	facilite le moulage	1 à 3 %
colorant	donne sa couleur à l'objet	1 à 3 %
fongicide	empêche le développement des champignons (moisissures)	faible
plastifiant	augmente la souplesse (PVC souple)	0 à 40 %
charge (craie, fibres de verre)	améliore les propriétés mécaniques, diminue le coût	0 à 95 %

2. Quelques matières plastiques courantes

• Le polyéthène (PE) -(CH₂-CH₂)_n- : selon les conditions de fabrication, on obtient le PE haute densité (PEHD : réservoirs, casiers à bouteilles, tuyaux, jouets) ou le PE basse densité (PEBD : sachets, films d'emballage et films agricoles).
• Le polychlorure de vinyle (PVC) -(CH₂-CHCl)_n-, obtenu à partir du chlorure de vinyle CH₂=CHCl : plus dense que l'eau ; canalisations, revêtements de sols et de murs, cartes magnétiques, articles de camping.
• Le polystyrène (PS) -(CH₂-CH(C₆H₅))_n-, obtenu à partir du styrène : le PS cristal, rigide et transparent (verres jetables, boîtiers), et le PS expansé, formé de petites perles blanches soudées, très léger (emballages, isolation thermique et phonique).
• Le polypropène (PP) -(CH₂-CH(CH₃))_n- : pots de yaourt, boîtes alimentaires, pièces automobiles.

Fig. 2 : monomères CH₂=CH-X et motifs des polymères. La double liaison du monomère disparaît dans la chaîne.

Deux sortes de polyéthène

	PEHD	PEBD
Densité	0,94 à 0,96	0,92
Fabrication	vers 90 °C, sous environ 10 bar, avec catalyseur	vers 200 °C, sous environ 2 500 bar
Propriétés	rigide	souple
Usages	réservoirs, casiers, bouteilles de lait, tuyaux	sachets, films adhésifs, films agricoles

III. Thermoplastiques et thermodurcissables

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