Les polymères

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Fiches
Classe(s) : 1re STI2D | Thème(s) : Les propriétés des matériaux et l'organisation de la matière

A La réaction de polymérisation

Les polymères sont des matériaux constitués de très grosses molécules, appelées macromolécules. Il existe de nombreux polymères naturels tels que le caoutchouc, la soie et de nombreux autres sont synthétiques : ils sont alors obtenus à partir de molécules de base, les monomères. Les monomères réagissent entre eux et s’assemblent en de longues chaînes au cours de transformations chimiques appelées polymérisations, pouvant se réaliser selon 2 techniques :

la polycondensation : les monomères produisent un polymère et des petites molécules comme H2O ou HCl ;

la polyaddition : les monomères se lient entre eux pour former le polymère. Ces monomères comportent une double liaison carbone carbone C=C : ce sont des alcènes. Les doubles liaisons s’ouvrent pour former de nouvelles liaisons avec les molécules suivantes et permettre d’allonger la chaîne.

Les matières plastiques peuvent être :

thermoplastiques : elles fondent lorsqu’on les chauffe, puis redeviennent dures en refroidissant. On peut recommencer plusieurs fois ce cycle sans les détériorer ;

thermodurcissables : lorsqu’on les chauffe une fois, leur structure va se rigidifier et elles deviennent dures. Elles ne peuvent plus être fondues pas la suite.

B La formule générale d’un polymère

aLe cas des polyadditions

La polymérisation de l’éthylène : la réaction démarre entre 2 monomères contenant une double liaison C=C pour former un dimère :

15494_P10_04b + 15494_P10_04b → CH3CH2CH==CH2

La réaction continue pour former un polymère. À chaque fois qu’un monomère CH2=CH2 s’ajoute, le polymère s’allonge d’un motif —CH2—CH2. On écrit la réaction de polyméri­sation :

n CH2=CH2 → (CH2—CH2)n

Le polymère obtenu s’appelle ici « le polyéthylène ».

Le nombre n est l’indice de polymérisation. Ce nombre peut être très grand et atteindre plusieurs millions.

Dans le cas du styrène, la polymérisation va conduire au polystyrène, matière plastique utilisée pour l’isolation ou les emballages. La réaction est analogue à celle de l’éthylène :

15494_P10_05_stdi

On remarque que le motif et le monomère ont la même formule brute.

bLe cas des polycondensations

La polycondensation va se réaliser par réaction entre 2 groupes fonctionnels, qui peuvent être portés par 2 molécules différentes ou par une seule.

Dans le cas du polyéthylène téréphtalate (PET), la réaction se produit entre l’acide téréphtalique, qui est un diacide et le glycol qui est un dialcool.

Une fonction acide carboxylique peut réagir avec une fonction alcool pour donner une fonction ester et élimination d’une molécule d’eau H2O :

Image dont le contenu est  → ; Fin de l'image

La molécule obtenue comporte une fonction acide carboxylique et une fonction alcool, elle peut donc réagir soit avec un alcool soit avec un acide. La réaction va avancer et la chaîne va s’allonger. La réaction de polymérisation peut être alors notée :

Image dont le contenu est  → ; Fin de l'image

C Le recyclage des polymères

Les polymères peuvent être recyclés s’ils sont bien triés.

Les emballages en polyéthylène téréphtalate (PET) peuvent être recyclés s’ils n’ont pas contenu de matières dangereuses, de médicaments ou de graisses. Ce symbole placé sur les emballages indique la nature chimique du matériau constituant l’emballage.

15494_P10_08_stdi

Dans le cas du PET, on peut obtenir à nouveau les monomères initiaux en plaçant des emballages en PET dans une solution basique de glycol. Il est alors possible de recommencer une réaction de polymérisation avec les monomères récupérés.

Cependant, les matières plastiques recyclées thermoplastiques sont souvent fondues et placées en sandwich entre des matières plastiques neuves pour réaliser des récipients, ou servent pour fabriquer du remblai, ou des fibres.

Sur les autres matériaux plastiques recyclables, on trouve les symboles :

Tableau de 2 lignes, 7 colonnes ;Corps du tableau de 2 lignes ;Ligne 1 : Polymère; Polyéthylène haute densité; Polychlorure de vinyle (PVC); Polyéthylène basse densité; Polypropylène; Polystyrène (PS); Autres polymères; Ligne 2 : Symbole; ; ; ; ; ; ;