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Module : chimie organique industrielle Master : Génie des Matériaux et des Proc

Module : chimie organique industrielle Master : Génie des Matériaux et des Procédés 1 Travaux pratiques-synthèse des polymères Encadré par : réalisé par : Pr.Ahmed Boulahna - Chrifi alaoui Imane - Cheghrouchni Chabel Ghita - Azzaari Hamza L’année universitaire : 2022/2023 Manipulation 1 : polymérisation en chaine Polymérisation radicalaire du styrène. La polymérisation est la réaction qui, à partir des monomères, forme, les polymères ou macromolécules, en liant des composés de masse moléculaire plus élevée. Deux mécanismes entièrement différents sont utilisés pour la synthèse de polymères lors de la polymérisation : polymérisation par étape et polymérisation en chaine. Une réaction de polymérisation en chaîne est une réaction durant laquelle une molécule M est additionnée sur un centre actif porté par la chaîne macromoléculaire en cours de croissance. La croissance de chaine se fait par activation du monomère, elle se déroule en 3 étapes : Amorçage : Ce terme désigne la réaction au cours de laquelle une molécule monomère M est transformée en centre actif, elle correspond donc à l’activation du monomère. Propagation (ou croissance) : Il s'agit de l'étape au cours de laquelle se répètent un grand nombre d'additions successives de molécules monomères sur le centre actif ainsi formé. Terminaison : Elle correspond à la rencontre d’un polymère ayant un monomère activé en bout de chaîne et d’une espèce qui désactive ce monomère. Selon la nature du centre actif on distingue 2 types de polymérisation : polymérisation ionique et polymérisation radicalaire dont laquelle la formation du centre actif est réalisée par l’addition d’un amorceur. Dans cette manipulation nous nous sommes appuyées sur la polymérisation radicalaire du styrène en utilisant le peroxyde de benzoyle comme amorceur. Mode opératoire :  Pour éviter l’auto polymérisation du styrène et pour le stabiliser, il contient normalement des inhibiteurs de polymérisation, donc il faut tout d’abord les éliminer par la soude, mais dans la réalisation de la manipulation on a dépassé cette étape car le styrène déjà il contient juste une petite quantité des inhibiteurs.  On met 10 ml de styrène dans un ballon puis on ajoute 0,2 g de peroxyde de benzoyle (C14H10O4). Calcul de la masse de peroxyde de benzoyle : On sait que : n (styrène) = 100 n (peroxyde) On a pour le styrène : d = m V = 0,9 donc : m = d*V = 0,9* 10 = 9 g Alors : n (styrène) = m M = 9 104,15 = 0,086 moles  Pour le peroxyde : n (peroxyde) = (styrène) 100 = m M Alors : m peroxyde = (styrène) 100 * Mperoxyde = 0,086 100 * 242,22 Donc : m peroxyde = 0,2 g  On ajoute au mélange 5 ml de toluène + les pierres ponces.  On porte le ballon à reflux pendant une heure.  Ensuite on refroidit le ballon dans de l’eau froide.  On ajoute 30 ml de méthanol.  On filtre le mélange réactionnel sur Büchner.  On met le produit obtenu de la filtration dans l’étuve pour le sécher.  Et enfin, on récupère le produit et on le pèse. Résultats : 1) La réaction de polymérisation radicalaire du styrène : 2) Le mécanisme de cette réaction : 3) Le rôle hydroxyde de sodium : Il permet de purifier le styrène par l’élimination des inhibiteurs qui les contient. 4) Le rôle du méthanol dans cette réaction de la polymérisation : est la précipitation du polystyrène et il élimine les traces de styrène non réagit. 5) Interprétation des spectres RMN et IR du monomère styrène (S) et du polymère polystyrène (PS) : RMN : Les informations de spectre RMN du styrène est regroupé dans le tableau suivant : Attributions Quantité Déplacements (δ en ppm) δ H c Doublet 5,3 δ H d Doublet 5,8 δ H b Quadruplet 6,6 δ 5 H Multiplet 7,5 IR : Le spectre d’IR du styrène nous informe sur les fonctions chimiques et la nature de double liaison présente dans le styrène et le polystyrène. Le tableau suivant regroupe les informations tiré par le spectre IR du styrène et du polystyrène. Attribution de la bande Fréquence ʋ en cm-1 ʋC-H (arom) 3074 ʋC-H (alcène) 700 et 800 ʋC=C (élongation) 1645 ʋCH=CH (vinyle) 907 et 990 Manipulation 2 : polymérisation par étapes Condensation Phénol-Formaldéhyde. La polymérisation par étape est l’ensemble des réactions successives qui se font entre des fonctions chimiques portées sur des monomères au moins bi fonctionnels. Ces réactions se font par simple chauffage ou en présence d’un catalyseur. La plupart des polymérisations se font par élimination des petites molécules, on parle alors de polycondensation, il y a aussi certaines polymérisations par étape qui se font sans élimination des petites molécules c’est donc la polyaddition. La polycondensation de formaldéhyde avec les phénols, pour former des polymères tridimensionnels ayant des noyaux aromatiques réunis par un pont méthylène ou oxyméthylène, se fait facilement dans la position ortho et para. Les réactions s’arrêtent lors de la formation d’un polycondensat intermédiaire soluble ou fusible, il se transforme en un polycondensat beaucoup moins soluble et moins fusible par chauffage en présence d’un catalyseur. Selon le rapport formaldéhyde / phénol et le type du catalyseur on peut distinguer entre le type du polycondensat intermédiaire : Un polycondensat de type « résol » : Si le rapport = 1,5 / 1 et en présence d’un catalyseur basique. La structure contient des groupements –CH2OH- qui vont se condenser ultérieurement. Un polycondensat de type « Novolaque » : Si le rapport = 1 / 0,8 et en présence d’un catalyseur acide. La bakélite : Une résine complétement réticulée, donc rigide, cassante insoluble et infusible : Si le rapport = 3/ 2 et la réaction sera complète. Mode opératoire :  On pèse 3 g de phénol dans un ballon de 250 ml.  On met 4 ml de formaldéhyde à 37 ٪ en poids.  On ajoute 1 ml de soude concentrée (5N).  On met un barreau aimanté, et on chauffe le mélange à reflux sous agitation en augmentant la température.  Au bout de 30 minutes environ, on obtient une solution très foncée donc la réaction est terminée.  On place le ballon dans un bain d’eau froide.  A l’aide d’une pipette pasteur, on verse goutte à goutte la solution dans 50 ml d’acétone (pour précipiter la solution).  On filtre le produit obtenu.  On le place à l’étuve pour le sécher. Résultats : 1) La fonctionnalité du phénol et de formaldéhyde : Dans un milieu basique, la base arrache le proton de la fonction hydroxy de phénol, ce qui augmente la nucléophilie de phénol vis-à-vis à une attaque d’un centre électrophile qui est le formaldéhyde. La réaction du formaldéhyde et du phénol forme un réseau 3D appelé Bakélite qui est un polymère thermodurcissable. 2) Le rapport molaire formol / phénol : nformaldéhyde = m∗P٪ M = d∗V∗P٪ M = 1,08∗4∗37 30,031∗100 = 0,053 mole nphénol = m M = 3 94,11 = 0,032 mole Alors le rapport molaire = nformaldéhyde nphénol = 0,053 0,032 Le rapport molaire = 1,66 3) Le rapport stœchiométrique : Le rapport stœchiométrique formaldéhyde/phénol = 5/3 4) Solubilité : Le produit final est insoluble dans l’acétone. 5) Structure de polymère obtenu et mécanisme de réaction : uploads/Finance/ rapport-du-polymere.pdf