Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE FACULTE DE CHIMIE MOHAMED BOUDIAF D’ORAN (U.S.T.O) DEPARTEMENT DE GENIE-CHIMIQUE PARCOURS : MASTER 1 GENIE-PETROCHIMIQUE MODULE DE PRODUCTION DE POLYMERES Nom et Prénom du Responsable du module : MARREF Mohamed 1 Chapitre 1 : Du pétrole aux polymères plastiques Introduction Plus de 300 millions de tonnes de polymères plastiques sont produits chaque année, essentiellement à partir de pétrole. Après avoir été extrait du sous-sol, le pétrole brut est envoyé dans une raffinerie pour séparer les différents constituants (étape de raffinage). On obtient du fioul (Bitume), utilisé pour le chauffage ; du gazole, du kérosène et de l’essence (Diesel), utilisés pour les transports ; et du naphta, utilisé pour la chimie. Le naphta subit une importante étape de transformation (le craquage) permettant d’obtenir de petites molécules, les monomères vinyliques (éthylène, propylène, styrène, butadiène) et d’autres molécules telles que le (benzène, éthanol, acétone, …) qui seront la matière de base des matériaux polymères plastiques. Avec une réaction chimique de polymérisation, ces monomères s’assemblent et forment de longues molécules, les polymères (polyéthylène, polypropylène, polystyrène, polybutadiène) qui sortiront de la raffinerie sous forme de granulés, de liquides ou de poudres. En ajoutant des adjuvants et additifs à ces polymères, on obtient des matériaux plastiques variés à qui on donnera des formes variées (tuyau, pots, formes complexes,) par moulage, extrusion, injection ou encore thermoformage dans les usines. Le processus de fabrication de matériaux polymères plastiques est le suivant : I. Quelques définitions • Monomère : est un composé constitué de molécules simples pouvant réagir avec d’autres monomères pour donner un polymère. • On appelle polymère une grande molécule constituée d’unités fondamentales appelées monomères (ou motifs monomères) reliées par des liaisons covalentes. Autrement dit, le polymère est un matériau organique composé de longues chaînes moléculaires appelées macromolécules. Figure 1. Structure chimique d’un polymère linéaire 2 • Un motif dit aussi monomère (unité répétitive) est la plus petite unité constitutive dont la répétition décrit un polymère. • Degré de polymérisation (DP) : le nombre (n) de motifs monomères dans un polymère. II. Nomenclature et exemples de monomères et des polymères correspondants II.1. Nomenclature des polymères II.1.a. Homopolymères  Les homopolymères sont formés de monomères (unités de répétition) tous identiques.  Le nom d'un polymère est généralement constitué du préfixe poly suivi du nom chimique : - soit du monomère dans le cas où le polymère résulte d'une simple polymérisation Exemples : polyéthylènes, poly (chlorure de vinyle) ; - soit du motif structural unitaire du polymère lorsque ce dernier résulte de la polyaddition ou de la polycondensation de plusieurs monomères. Exemples : poly (phénylène éther) ou PPE Poly (hexaméthylène adipamide) ou PA 6-6. II.1.b. Copolymères Les copolymères sont constitués de deux ou plus monomères différents.  Les noms des copolymères sont constitués du préfixe poly, suivi entre parenthèses, des noms chimiques des monomères donnés dans l'ordre décroissant des fractions massiques ou molaires de ces composants dans le copolymère, chaque monomère étant séparé des autres par une barre oblique. Exemples : poly (styrène/butadiène/acrylonitrile) ou ABS II.2. Exemples de monomères et de polymères correspondants a)Exemple de Polyéthylène Schéma1 : Réaction de polymérisation de l’éthylène -CH2-CH2- est l’unité du polymère. 3 Tout monomère comporte au minimum deux sites réactifs. La polymérisation sur la double liaison du monomère correspond à l’ouverture de la double liaison. Schéma2 : Réaction de polymérisation du styrène b) Exemple de polymères usuels (de grande diffusion) Polymère Monomère Représentation PE (Polyéthylène) CH2=CH2 éthène ou éthylène -(CH2-CH2-) n PS (Polystyrène) styrène PP (Polypropylène) PVC (Polychlorure de vinyle) chloroéthylène ou chlorure de vinyle POE (Polyoxyde d’éthylène) PMMA (Polyméthacrylate de méthyle) Polyester Exemple : PET (Polyéthylène téréphtalate) 2 monomères : un diacide et un dialcool DiacideDiol ou dialcool 4 Polyamide Exemple : Nylon 6,6 Diacide : Diamine : Tableau 1 : Exemples de polymères avec leurs formules développées ainsi que les monomères et leurs applications III. Classement des polymères Les polymères peuvent être classés différemment selon la considération de leurs structures, le type de réaction qui a servi à les préparer et leurs propriétés physiques. Ceci veut dire que les polymères peuvent présenter des architectures extrêmement variables. Ils peuvent être linéaires, ramifiés ou réticulés (selon la structure). III.2 Classement de polymères selon leur comportement thermique et mécanique Les différences de propriétés thermiques et mécaniques résultent de la différence de structure des polymères et des interactions ou véritables liaisons entre les chaînes. On distingue 3 types de polymères selon le comportement thermique : III.2.a Polymères thermodurcissables Sous l’effet de la chaleur, il devient dur et ne peut plus fondre. Une nouvelle hausse de température mènerait à une destruction du polymère. Explication : les polymères thermodurcissables sont réticulés : ils sont obtenus par réaction chimique : les réticulations (liaisons covalentes) sont formées au cours du chauffage et ne peuvent ensuite plus être rompues. Figure 2 : schéma explicatif de la formation des liaisons au sein d’un polymère thermodurcissable au cours d’un chauffage 5 III.2.b Polymères thermoplastiques Sous l’effet de la chaleur, il se ramollit et devient malléable (tend à se fondre), en se refroidissant, il se durcit en conservant la forme donnée à chaud. Ex : PE, PS, Polyamide. Explication : Les polymères thermoplastiques sont linéaires ou ramifiés. Figure 3 : schéma explicatif de la formation des liaisons au sein d’un polymère thermoplastique au cours d’un chauffage III.2.c Polymères élastomères Ils s’étirent sous l’effet d’une action mécanique et reviennent à leur forme initiale lorsque l’action mécanique cesse. Ex : caoutchouc, polyester. Explication : les élastomères sont des polymères réticulés : Figure 4 : schéma explicatif de la formation des liaisons au sein d’un polymère élastomère au cours d’un chauffage Le tableau ci-dessous donne les principales différences entre les 3 polymères : Thermoplastiques Thermodurcissables Elastomères Polymères fusibles, solubles, recyclables, amorphes ou semi-cristallins, dont les chaînes peuvent être séparées les unes des autres. Polymères infusibles, insolubles, non recyclables, amorphes, dont toutes les chaînes sont liées les unes aux autres (réticulé. matériau amorphe, souvent réticulé. 6 IV. Tacticité des polymères La tacticité ne concerne que les molécules asymétriques. - Si les radicaux R sont tous du même côté du plan : on a un polymère linéaire isotactique Schéma 1: Exemple de polypropylène (PP) isotactique - Si les radicaux R sont situés alternativement de part et d’autre du plan: le polymère est linéaire syndiotactique. Schéma 2: Exemple de polychlorure de vinyle (PVC) syndiotactique - Si les radicaux R sont fixés au hasard, de façon aléatoire : le polymère est linéaire atactique. - Exemple de tacticité de polymères vinyliques tels que le polystyrène La structure primaire est l’enchaînement covalent des motifs monomères. Ainsi du point de vue stéréoisomérique, le motif -CH2-CH(Ph)-CH2-CH(Ph)-CH2- CH(Ph)- va avoir plusieurs formes : Schéma 3: Exemple des deux formes de tacticité de polystyrène (PS) isotactique (I) et syndiotactique (II). Le polystyrène qui peut se polymériser par les trois (3) voies de polymérisation : radicalaire, cationique et anionique peut être présenté sous ses trois formes de structures architecturales (isotactique, syndiotactique et atactique) comme mentionné ci-dessous (figure 2) Schéma 4: Différentes formes de structures architecturales pour le polystyrène Le tableau 1 ci-dessous donne les différentes caractéristiques physico- chimiques des polymères structuraux (polymères atactiques d’une part, et d’autre part les polymères iso ou syndiotactiques). 7 Polymères atactiques Polymères iso ou syndiotactique Le plus souvent amorphe Bonne aptitude à la cristallisation Bonne solubilité Faible solubilité Température de mise en forme basse Température de mise en forme élevée Faible charge à la rupture Charge à la rupture plus grande Tableau 1 : Différentes caractéristiques physico-chimiques des différents polymères structuraux La perfection de la stéréorégularité des polymères synthétiques n'existe pas ; on observe seulement une tendance plus ou moins grande à un type de régularité stérique. Conséquences sur les propriétés mécaniques des polymères : L’encombrement des groupes R gouverne la mobilité des chaînes moléculaires, son influence est importante sur les propriétés thermomécaniques. Les molécules régulières (iso ou syndiotactique) peuvent se ranger côte à côte pour former des Structures cristallines : augmentation de température de transition vitreuse Tg. Les molécules atactiques donnent des matériaux polymères amorphes et peu denses. En général, les polymères formés à partir de chaînes linéaires non réticulées et flexibles sont souples (à certaines températures), ce type donne lieu à des polymères thermoplastiques. Tandis que les polymères très réticulés, formant un réseau tridimensionnel sont plus rigides. Ce sont des polymères thermodurcissables. Chapitre 2 : Production et synthèse de polymères Introduction La polymérisation est la réaction qui, à partir des monomères, forme en les liants des composés de masse moléculaire plus élevée, qui sont les polymères ou macromolécules. Le tableau ci-dessous donne les différentes voies de polymérisations : Tableau 1 : Différentes voies de polymérisation pour la synthèse de polymères On distingue 2 types de réactions de polymérisation : La polymérisation par étapes et la polymérisation en chaîne. I. Réactions de polymérisation par étapes I.1Généralités La polymérisation par étapes est un mécanisme de polymérisation qui procède par des étapes indépendantes. Les monomères avec deux ou plusieurs groupes fonctionnels uploads/Finance/ cours-production-de-polymeres-m1-genie-petrochimique.pdf