III. Les grandes familles de polymres et leurs applications

Polythylne, Polypropylne, Polychlorure de vinyle, Polystyrne,Polybutadine, Polyacrylonitrile.III. Les grandes familles de polymres et leurs applicationsOn peut commencer par les polymres obtenus par les techniques radicalaire, cationique, anionique ou catalytique.Polyamide, Polyester, Polycarbonate, Epoxyde, Polyurthane, SiliconeOn verra ensuite les polymres obtenus par les techniques spcifiques de polycondensation

III. Les grandes familles de polymres et leurs applications Le Polythylne (PE)Morphologie: trs amorphe (LDPE), trs cristallin (HDPE, UHMWPE) Temprature de fusion (cristallin) : 137 oCTemprature de transition vitreuse (amorphe) : -30 oCHDPE (High Density Polyethylene)LDPE (Low Density Polyethylene) Le PE peut tre obtenu par la mthode traditionnelle de polymrisation vinylique, qui donne du LDPE. Pour le HDPE (200000 500000 units),on utilisera la mthode de Ziegler-Natta. Pour le UHMWPE (Ultra Hight Molecular Weight PE, 6 million dunits), on utilisera la polymrisation par mtallocne.Le UHMWPE permetde fabriquer les giletspare-balles (ou des sigesde bus indestructibles)Les LDPE et HDPE sont utiliss pour les sacs plastiques

Le Polypropylne (PP)Morphologie: trs cristallin (isotactique), trs amorphe (atactique) Temprature de fusion: 174 oC (pour le 100% isotactique) Temprature de transition vitreuse: -17 oCLe mlange des 2 formes donne un polypropylne lastomreChane souple Point de cristallisation III. Les grandes familles de polymres et leurs applicationsExemple dutilisation :

Le polychlorure de vinyle(PVC)Morphologie: amorphe, taux de cristallinit ~10%Temprature de transition vitreuse: ~84 oCIII. Les grandes familles de polymres et leurs applicationsPour modifier les proprits du PVC, on va lui ajouter des additifs :

un plastifiant (ex : nitrobenzne)

- une charge pour le rendre + dur (ex : sciure de bois, poudre de carbone)

Le polystyrne Polymrisation: polymrisation radicalaire en chane (atactique), polymrisation Ziegler-Natta (syndiotactique) Morphologie: trs amorphe (atactique), trs cristallin (syndiotactique) Temprature de fusion: 270 oC (syndiotactique)Temprature de transition vitreuse: 100 oCIII. Les grandes familles de polymres et leurs applicationsApplications :Ou aussi des isolants (PS expans)

Le polystyrne choc Cest un mlange de polystyrne et de polybutadine (une copolymrisation).La phase polybutadine (trs souple) va jouer le rle dabsorbeur dnergie en cas de chocMatriau trs rsistant au chocIII. Les grandes familles de polymres et leurs applicationsLes 2 polymres ne se mlangent pas

III. Les grandes familles de polymres et leurs applications Le polystyrne choc (suite) On distingue bienles 2 phaseset linversion de phases

III. Les grandes familles de polymres et leurs applications Le polystyrne bloc(SBS)Les blocs de polystyrne s'agglomrent et les blocs de polybutadine aussi (entre eux). Les agglomrats forms par les blocs de polystyrne maintiennent les chanes de polybutadine. Chaque bloc de polybutadine a un bloc de polystyrne attach chacune de ses extrmits, et les diffrents blocs de polystyrne d'une mme chane n'appartiennent pas ncessairement au mme agglomrat. On a une forme de rticulation non covalenteLe SBS est utilis pour remplacer le caoutchouc naturel lorsquon veut une forte rsistance mcaniqueApplications :

III. Les grandes familles de polymres et leurs applications Le polystyrne bloc(SBS) (suite)Selon les qts. respectives, on arrive obtenir une cristallisation

Cest un lastomreCest le caoutchouc naturelLe matriau est mou, voire collant quandon le chauffe, et devient fragile froid.

Do lide dattacher ensemble les chanesde polymre, pour donner unemacromolcule rticuleSuivant le nombre de rticulations, le polymre obtenu sera + ou - souple.Vulcanisation(GoodYear, 1839)III. Les grandes familles de polymres et leurs applications Polyisoprne (polybutadine)

Le polyacrylonitrile (PAN)III. Les grandes familles de polymres et leurs applicationsApplications :Morphologie: trs cristallin Temprature de fusion: 319 oC Temprature de transition vitreuse: 87 oCCe qui donne la cohsion des chanes : interactions diple-diple(entre groupes nitriles)Voyez-vous ce que lon fait lors du repassage dun vtement acrylique ?

La rsine ABSCest un copolymre d Acrylonitrile, Butadine et StyrneL ABS est plus rsistant que le polystyrne, cause des interactions entre groupes nitriles.Les chanes sont donc maintenues par interactions inter-chanesDautre part, le polybutadine donne une certaine flexibilit lensembleIII. Les grandes familles de polymres et leurs applicationsApplications :

III. Les grandes familles de polymres et leurs applications(par ex. : Nylon )Morphologie : cristallineTf : 280oC Tg : ~ 50oC Le polyamide (PA)Fibres de Nylon :(liaisons H)Forte cohsion entre chanesApplications :

III. Les grandes familles de polymres et leurs applications Le polyester (PET)Morphologie: amorphe ou cristallin Temprature de fusion : 265oC Temprature de transition vitreuse : 74oCPour que ces bouteilles rsistent mieux la chaleur, (pour les striliser), le PET est mlang du PEN : Tg (polyethylene naphthalate) Question : pourquoi la Tg du PEN est-elle + leve que celle du PET ?Applications :Mais aussi : textiles en polairenaphthalate

III. Les grandes familles de polymres et leurs applications SiliconeLes silicones sont des polymres inorganiques (ils ne contiennent pas de carbones !).Llasticit est due la souplesse des liaisons O-Si-O Applications :

III. Les grandes familles de polymres et leurs applications Polycarbonate (PC)On a vu la synthse du polycarbonate thermoplastique auparavant, le polycarbonate-bisphnol. Mais il peut sagir galement dun matriau rticul, plus rsistant :Une polymrisation radicalaire vinylique est doncpossible, qui assurera la rticulation (2 groupes par motifs)On prend un monomre possdant des groupes vinyl :Applications :et tous les plastiques transparents (Plexiglas)Morphologie: amorphe (bien sur, car transparent !)Temprature de transition vitreuse: 150 oC

La fibre de Kevlarpoly(p-phenyleneterephtalamide)On retrouve cette orientation axiale dans le Kevlar : Axe de la fibreCe polyamide aromatique, pour tremis sous forme de fibre, est solubilisdans lacide sulfurique, et fil par prcipitation dans leau, suivie dun tirageLe Kevlar est 20 fois + rsistantque lacierEn + des liaisons covalentes,des liaisons H se forment, qui assurentla cohsion entre chanes, et des interactions -IV. Quelques petits plus

Les collesUne colle demande :2- Adhrence sur substrats3- Viscosit maximale (voire rigidit selon usage)4- Fluage minimum1- Facilit dapplication1- Facilit dapplicationLa colle doit tre fluide froid 2- Adhrence sur substrats3- Viscosit maximale4- Fluage minimumRticulation des chanes Fonctions ractives : groupes amine ou phnol IV. Quelques petits plusCest un secteur en plein boom : remplacer vis, clous, rivets,

Les collesRsine poxyde (dj vues)IV. Quelques petits plus1.2.

AcryliqueTypiquement, ce sont les cyanoacrylates (type Super Glue III) La polymrisation est anionique Leau joue le rle de base faible (de Lewis), donneur dun doublet dlectrons. Cest linitiateurPolyurthaneLes polyurthanes donnent des colles trs rsistantes mcaniquement, tenant assez bien la temprature et leau (pas dhydrolyse).

Par contre, ce ne sont pas des chanes rticules. Les rsines polyurthane sont donc solubles dans de nombreux solvants.Les collesIV. Quelques petits pluscyanoacrylate

VinyliqueLa polymrisation : Le poly(vinylacetate), ou PVA, est utilis comme colle bois, papier ou textiles.Le PVA nest pas un polymre rticul (ou rticul de faon non contrle : PRV)Il est donc thermofusibleLe poly(vinylalcool) (quil ne faut pas confondre avec le PVA), est soluble dans leau : colle des timbres, des enveloppes Les collesIV. Quelques petits plus

Les peinturesElle reprsentent un champ important dapplication des polymresComposition dune peinturePigment (protection : polymre ; couleur : pigment minral)Liant (polymre)Vhicule (eau, solvants organiques, ethylene glycol)toxiquesLeau est de + en + utilise (environnement)Il existe diffrents types de peinture leau fonct avec -NH3+ ou -COO- (lectrostat.) fonct avec PEG VinyliqueAcrylique (mulsion)IV. Quelques petits plus

Industrie automobile : dpt de peinture par voieCathodique (-NH3+)Anodique (-COO-)

Un champ lectrique un voltage denviron 80.000 120.000 volts est cre entre la tte de lappareil et lobjet peindre, mis la masse. La peinture lectrise se dpose rgulirement sur lobjet peindre :Mthode lectrostatiqueAvantages- Pratiquement pas de perte de peinture, do conomie - Base aqueuse - Permet de traiter des pices de toutes formesInconvnient- La peinture destine au procd lectrostatique doit possder obligatoirement une rsistivit comprise entre des valeurs bien dtermines Les peinturesIV. Quelques petits plus

VinyliqueIl sagit dune dispersion de PVAdans leau Les peinturesIV. Quelques petits plus

Peintures cellulosiques (vernis)La cellulose nest pas un polymre synthtique.Mais sa MW est ajuste, par hydrolyse, pour obtenirune viscosit acceptable pour lapplicationEnchanement de cycle sucreElle est applique dans un solvant organiqueAprs vaporation, les chanes forment, entre elles, des liaisons HForment un polymre cristallinGrande rsistance dela peintureLes peinturesIV. Quelques petits plus

La mise en uvre des plastiques

La mise en uvre des plastiquesLes conditions de mise en uvre ont une influence dterminante sur les propritsessentiellement du lventuelle cristallisation du polymre Par exemple, ltirage favorise la cristallisation (cf. textiles)Les mthodes de mise en formeMoulageExtrusionCalandrageCompression Transfert Injection Extrusion Extrusion-soufflageIV. Quelques petits plus

MoulageCompressionet TransfertInjectionTechnique : classique du moulagePlastiques : plutt les rticulables (rsines phnoliques, amines, polyesters insaturs et poxydes) Technique : la matire est fluidifie (chauffe), puis injecte sous forte pression dans le moule.Plastiques : plutt les thermoplastiques (PE,polyamides, polycarbonate, ABS,PS,de faible MW, pour une viscosit chaud minimale) CalandrageTechnique : compression sur rouleauPlastiques : les thermoplastiques (PVC, PE, PP, PS, ABS,...) Applications : fabrication des films, feuilles et plaquesLa mise en uvre des plastiquesIV. Quelques petits plus

ExtrusionTechnique : consiste pousser la matire fluidifie travers une filirePlastiques : les thermoplastiques (PVC, PE, PP, PS, ABS,...), de MW + grande que pour linjection, pour avoir une bonne tenue en sortie de filire. Applications :profils (tubes, tuyaux, barres, ) enrobage de cbles films, feuilles, plaques (suivi dun calandrage)Cest la technique la + utilise actuellement :

trs conomique (rapide)donne de bonne proprits la matire extrude

Le passage dans la filire oriente les macromolcules.cristallisationLanisotropie du matriau lui confre des proprits mcaniques, dans le sens delorientation du matriauLa mise en uvre des plastiquesIV. Quelques petits plus

MoulagesPar injection Par compression-transfert Par compression La mise en uvre des plastiquesIV. Quelques petits plusLa filire permet dorienter les chanes

ExtrusionsExtrusion-soufflage :Extrusion-gonflage Extrusion La mise en uvre des plastiquesIV. Quelques petits plus

AutresPultrusionEnroulement Enduction Calandrage La mise en uvre des plastiquesIV. Quelques petits plus

AutresThermoformage :Reaction- Injection-Molding (RIM) (Injection-raction-moulage)La mise en uvre des plastiquesIV. Quelques petits plusTechnique utilise pour les polymres rticuls (bi-composants)

Le recyclage

Les polymres non rticuls peuvent tre recycls, par simple chauffage.Les polymres rticuls normaux ne peuvent pas tre recycls parce qu'ils ne fondent pas, car la rticulation attache toutes les chanes de polymres ensemble, rendant l'coulement du matriau impossible. Do lide dune rticulation rversible : Les liaisons cres lors des rticulations habituelles sont covalentes, attachant les chanes de polymres en une seule molcule. La rticulation rversible utilise des liaisons dites secondaires : les liaisons hydrogne et les liaisons ioniques.Dans ce cas, quand le matriau est chauff, la rticulation est dtruite. Cela permet de mettre en forme le matriau, et surtout de le recycler. Quand on le refroidit, la rticulation se reforme.Deux approches ont t utilises, les ionomres et les copolymres blocs.Un point essentiel des nouveaux matriaux est leur capacit tre recyclspolymrenon rticul(thermoplastique)rticulOn a 2 types de polymres :Le recyclageIV. Quelques petits plus

Les polymres blocs.Le recyclageIV. Quelques petits plusLes agglomrats de polystyrne se dissocient quand on chauffeRecyclage possible(comme un polymre non rticul)Le recyclageIV. Quelques petits plusLes ionomres.Exemple du SBSExemple du polyacrylonitrile

FIN

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