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JUGE Maéva MANOUGUIAN Rébecca SAE 2.2 - Réalisation d’une étape de synthèse d’u

JUGE Maéva MANOUGUIAN Rébecca SAE 2.2 - Réalisation d’une étape de synthèse d’un composé Sujet n°4 – Modification chimique d’un polymère : synthèse du poly (alcool vinylique) 1 Introduction Pour notre part, nous avons à préparer le sujet suivant : Modification chimique d’un polymère, ici la synthèse du poly(alcool vinylique). Que ce soit dans les colles, les peintures, les compléments alimentaires ou encore le médicale, il y a présence de PVA. C’est un polymère qui est beaucoup utilisé et qui est même biodégradable, ce qui n’est pas le cas de tous les polymères. De plus, en présence de borate de sodium un gel gluant se crée : le slime. Le plus gros producteur de PVA est la Chine avec 45% de la consommation mondiale, qui augmente chaque année de 3%. Le but de cette SAE est de modifié chimiquement l’acétate de polyvinyle en alcool polyvinylique grâce à la présence de méthanol et de potasse. 2 Le PVA Propriétés : Le PVA, l’alcool polyvinylique de formule (C2H4O)n aussi appelé PVOH ou encore PVAl est un polymère insoluble dans les solvants organiques mais soluble dans l’eau surtout à chaud. Il est utilisé notamment dans les adhésifs, les peintures, les mastics, les revêtements, les textiles, les plastiques, etc. Le PVA est une résine blanche ou légèrement jaunâtre. Apparence Solide de forme variable incolore a blanc2. Propriétés chimiques Formule (C2H4O)n Masse molaire Du motif de répétition : 44,052 6 g·mol-1 Propriétés physiques T° transition vitreuse 85 °C3 T° fusion (Décomposition) : >200 °C2 Il faut faire attention à ne pas le confondre avec l’acétate de polyvinyle, également connu sous le nom de PVA (parfois PVAc), qui est lui insoluble dans l’eau. Les PVAc sont également utilisées pour les adhésifs, les peintures et divers revêtements, mais leur traitement est quelque peu différent. Synthèse : Le PVA est obtenu par hydrolyse du poly(acétate de vinyle), -(CH2COOAc)n–,contrairement aux autres polymères vinyliques, qui se forment à partir de leur monomère correspondant. Ceci est du fait que le monomère du PVA, l’alcool vinylique est beaucoup moins stable que sa forme tautomère, l'éthanal. Pour notre sujet nous devons synthétiser le poly(alcool vinylique) par modification chimique du poly(acétate de vinyle) . 3 Ce dernier sera mis en solution dans le méthanol. Nous utiliserons la potasse comme catalyseur et nous obtiendrons la réaction suivante : Tableau d’analyse de risque Produits utilisés Propriétés/Dangers Précautions PVAc Liquide et vapeurs très inflammables Nocif par inhalation Peut irriter les voies respiratoires Susceptible de provoquer le cancer Manipuler sous hotte/boa avec blouse, lunette et gants. Manipuler loin d’une source de chaleur. PVA Ce produit est combustible. Lors de la combustion, de l’anhydride carbonique, de l’oxyde de carbone toxique et des hydrocarbures saturés et insaturés sont libérés. De l’acide acétique peut également se former avec des polymères contenant des groupements acétyle Il a aussi une certaine nocivité au niveau respiratoire Manipuler sous hotte/boa avec blouse, lunette et gants. Manipuler loin d’une source de chaleur. Potasse Nocif en cas d'ingestion Provoque de graves brûlures de la peau et de graves lésions des yeux Manipuler sous hotte/boa avec blouse, lunette et gants. Manipuler loin d’une source de chaleur. Méthanol Liquide et vapeurs très inflammables Toxique par inhalation Toxique par contact cutané Toxique en cas d'ingestion Risque avéré d'effets graves pour les organes Manipuler sous hotte/boa avec blouse, lunette et gants. Manipuler loin d’une source de chaleur. 4 Technique de purification des polymères : Les techniques de purification que nous utilisons le plus sont la recristallisation et la distillation. Or, pour les polymères, la technique de purification la plus utilisée est le fractionnement Baker Williams (chromatographie par précipitation), qui est une des techniques de chromatographie préparative. Dans ces dernières, il existe aussi la chromatographie d’exclusion stérique qui consiste à séparer les macromolécules par rapport à leur volume hydrodynamique (taille des macromolécules en solution). Puis, les échantillons sont identifiés par des méthodes d'analyse comme la RMN ou encore la spec- trométrie de masse. Indice d’ester : Afin de calculer l’indice d’ester, il faut connaître l’indice de saponification (la masse en mg de KOH nécessaire pour saponifier 1g du corps gras à chaud) et l’indice d’acide. Indice ester = indice de saponification – indice d’acide 5 Principe : Le monomère est fabriqué grâce à la polymérisation de l’acétate de vinyle. Le PVAc est dissous dans un alcool comme le méthanol et est traité avec un catalyseur alcalin tel que la potasse. La réaction d’alcoolyse élimine les groupes acétate du poly acétate de vinyle. Ce produit est très soluble dans l’eau mais insoluble dans beaucoup de solvants organiques. L’ajout d’azote permet la séparation des solvants méthanol et acétate de méthyle (mélange azéotropique) de l’alcool polyvinylique (produit). Données expérimentales : Produits M (g/mol) Te (°C) Densité PVA 44,0526 par unité 228 1,19 PVAc 86,09 par unité 112 1,18 Acétate de Méthyle 74,08 57,1 0,932 Méthanol 32,04 64,7 0,792 Mode opératoire : 1) Préparation du PVA à partir de PVAc Dans un montage à distiller muni d’un agitateur magnétique, d’une ampoule à brome et d’un réfrigérant. Introduire 10g de PVAc dans un ballon tricol de 250mL avec 100mL de méthanol et un mélange d’une solution de KOH et d’eau dans l’ampoule à brome. Chauffer à 30°C ce mélange jusqu’à l’obtention d’une solution homogène, synonyme de la dissolution du PVAC dans le méthanol. Introduire la solution de KOH dans le ballon est attendre 1h que la réaction d’alcoolyse se fasse. 2) Séparation des produits Les produits formés sont le PVA et l’acétate de méthyle. Deux méthodes possibles :  Évaporer les solvants (méthanol et acétate de méthyle) avec un courant chaud d’azote à 70°C du PVA  Selon le taux d’hydrolyse (proportion molaire de groupe hydroxyles), le PVA est soluble dans l’eau (DH=70%) et insoluble dans le méthanol restant donc il précipite dans le milieu réactionnel. Refroidir dans un bain de glace et filtrer sur Buchner. 3) Purification Après la deuxième méthode, recristalliser le produit dans de l’eau Résultats : - Masse et rendement du produit (brut et purifié) - Comparaison avec les données de la littérature 6 Conclusion L’alcoolyse partielle du PVAc en PVA est toujours un sujet de recherche car il n’existe pas qu’un seul type de protocole pour réaliser cette réaction. Les solvants et les quantités varient en fonction des laboratoires ou même encore de l’industrie. 7 Sources https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00562063 https://culturesciences.chimie.ens.fr/thematiques/chimie-des-materiaux/polymeres/synthese-d- un-materiau-le-slime https://www.pmmh.espci.fr/~lindner/documents/TP_Rheologie.pdf https://oatao.univ-toulouse.fr/7550/1/bonet_i_ruiz.pdf#%5B%7B%22num%22%3A758%2C %22gen%22%3A0%7D%2C%7B%22name%22%3A%22FitR%22%7D%2C- 73%2C313%2C668%2C845%5D http://docnum.univ-lorraine.fr/public/DDOC_T_2012_0191_YOUSSEF.pdf https://oatao.univ-toulouse.fr/7550/1/bonet_i_ruiz.pdf#%5B%7B%22num%22%3A758%2C %22gen%22%3A0%7D%2C%7B%22name%22%3A%22FitR%22%7D%2C- 73%2C313%2C668%2C845%5D https://www.google.com/url? sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwiz98GZvJv3A hVQxoUKHYGRDtoQFnoECCEQAQ&url=https%3A%2F%2Fstringfixer.com%2Ffr %2FPolyvinyl_acetate&usg=AOvVaw0hNZisYiRGZ3j_xT6Laeai https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00562063 8 uploads/s3/ sae2-2.pdf