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الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية République Algérienne Démocratique et P

الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de L'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Ferhat ABBAS, Sétif 1 Faculté de Technologie Département de Génie des Procédés MEMOIRE DE LICENCE DOMAINE : Science et Technologie FILIÈRE : Génie des Procédés OPTION : Génie des polymères Thème : Présenté par : Encadré par  TABLIT Sarra Dr. N. GHIOU- Guemache  DJOUAD Amira Année universitaire: 2014/2015 Etude de la thermo-dégradation et la stabilisation de polychlorure de vinyle (PVC) i Dédicaces Je dédie ce travail : À la mémoire de mon père qui nous a quitté sans voir le fruit de mon travail, que dieu ait son âme : Djouad Mohamed jenidi À Ma très chère mère qui m’a soutenu et contribué pleinement dans l’aboutissement et la réussite de mon parcours scolaire et universitaire : khicha Douadia. À mon fiancé ; À mes belles sœurs : Rahil, Ines, Maysoune, Nesrine À toutes mes amies l'étude et mes collègues ; Hana Amina;Amira;chaima À toute ma belle famille, À mon binôme Tablit Sarra A. Djouad ii Dédicaces Je dédie ce travail : À mon père Brahim Tablit; À ma mère Nora Smati; À tous mes frères et sœurs : Zeyneb, Mohamed;Abd Elnore, Meriem, Bassemala et Yehia; À mes grands- pères : Tablit Noie et Smati Djamal; À mes grands-mères : Tablit Mahboba et Benabid Rachida; À mes oncles et tantes du coté du pére et du coté du mére; À tous mes cousins; À mes amies ; Et à toutes les familles : tablit, smati, benabid, belkacemi, gouttaya, khlifi Thohamie. Sarra Tablit iii Remerciements Dieu merci de m’avoir donné l’énergie , la patience et le courage nécessaire à l’aboutissement de ce travail. Ce travail a été réalisé pour l'obtention du diplôme de Licence, spécialité génie des polymères. J’exprime ma vive reconnaissance envers Docteur GHIOU Nabila , Maître de conférences à l’Université Ferhat ABBES, qui a dirigé mes travaux, pour ses encouragements, ses conseils précieux, sa disponibilité. Je remercie en elle la patience, la générosité et la grandeur d’âme. Il lui revient le mérite de m’avoir fait réaliser un rêve depuis longtemps enfoui. Je remercie particulièrement Mme Sabrina Benabid, Professeur à l'Université Ferhat ABBES, pour l'aide et les conseils fournis par elle. Un grand merci aux familles Benabid, Tablit , Smati , khelifi touhami pour m’avoir donné le courage et conseils et les membres d'équipe qui m'ont toujours soutenu et encouragé . Un grand merci aux familles Khicha, Djouad, mon fiancé Nabil Djeridi pour m’avoir donné le courage et les conseils les membres d'équipe qui m'ont toujours soutenu et encouragé Je tiens à remercier le chef du département de génie des procédés et l'Université Ferhat ABBES- sétif 1. Je remercie toutes les personnes qui ont contribué à l’accomplissement de ce travail. Sarra Tablit Amira Djouad iv LISTE DES FIGURES 2 Formule chimique de PVC Figure I-1 11 Mécanisme de trasfert de chaine au monomére dans la polymérisation du chlorure de vinyle Figure I-2 12 Ramifiction et formation de liaisons doubles sur la chaine par transfert de chaine au polymère Figure I-3 15 Mécanisme de déshydrochloruration du PVC Figure II-1 16 Mécanisme radicalaire de déshydrochloruration du PVC Figure II-2 16 Mécanisme ionique de déshydrochloruration du PVC Figure II-3 17 Mécanisme unimoléculaire de déshydrochloruration du PVC Figure II-4 18 Evolution de la coloration de PVC au cours de sa dégradation thermique Figure II-5 19 Mécanisme de l’oxydation de PVC Figure II-6 21 Théorie de FRYE et HORST sur la stabilisation du PVC Figure II-7 22 Mécanisme d’action sur le PVC des stabilisants au plomb Figure II-8 24 Mécanisme d’action des stabilisants mercaptostanniques sur le PVC Figure II-9 24 Structure chimique de dilaurate de dibutylétain Figure II-10 24 Structure chimique de maléates d'étain Figure II-11 25 Mécanisme d’action des stabilisants des métaux mixtes Figure II-12 27 Mécanisme d’action des phosphites sur la dégradation du PVC Figure II-13 27 Mécanisme d’action des composés époxydes sur la dégradation du PVC Figure II-14 29 Mécanisme réactionnel du BHT (antioxydant phénolique) Figure II-15 30 Mécanisme d'action de benzotriazoles Figure II-16 30 Mécanisme cyclique d’inhibition radicalaire des amines à empêchement stérique (AES). Figure II-17 v LISTE DES TABLEAUX 3 Propriétés mécaniques du PVC rigide et du PVC souple Tableau I-1 4 Propriétés thermiques du PVC Tableau I-2 13 Défauts de structure dans la structure de PVC Tableau I-3 14 Sensibilité des hydrogènes à l'oxydation Tableau I-4 23 Quelques exemples sur des stabilisants thermiques à bas de plomb Tableau II-1 26 Structures et Application des métaux mixtes Tableau II-2 26 Comparaison des différents systèmes métalliques Tableau II-3 v i Sommaire Dédicaces…………………………………………………………………….……i Remerciements……….……………………………………………………………iii Liste des figures ………………………………………………………………….iv Liste des tableaux…………………………………………………………………v Sommaire……………………………………………………………………………..vi Introduction générale ………………………………………………………………1 Chapitre I : Généralités sur le PVC I-1.Définition du PVC…………………………………………………………….....2 I-2.Structure chimique du PVC……………………………………………………...2 I-3.Propriétés générales du PVC………………………………………………………2 I-3-1.Propriétés chimique …………………………………………………………......2 I-3-2.Propriété mécanique…………………………………………………………......3 I-3-3.Propriété physique…………………………………………………………….....3 I-3-4.Propriétés thermique…………………………………………………………….4 I-4.Adjuvants………………………………………………………………………..…4 I-4-1.stabilisant ........................................................................................................................4 I-4-2.Lubrifiant………………………………………………………………………5 I-4-3.Plastifiant ………………………………………………………………………..5 I-4-4.Plastisols………………………………………………………………………...5 I-4-5. Charge ………………………………………………………………………….6 I-4-6. colorants – pigments……………………………………………………………6 I-4-7. Ignifugeants…………………………………………………………………….6 I-4-8. Autres additifs………………………………………………………………….6 I-5.domaines utilisations……………………………………………………………....7 I-5-1.Adduction et distribution d'eau……………………………………………….....8 I-5-2.Evacuation…………………………………………………………………….....8 I-5-3.Assainissement…………………………………………………………………..8 I-5-4.Irrigation enterrée ………………………………………………………….……9 I-5-5.Gaines et Fourreaux…………………………………………………………..…9 I-6.Avantage ………………………………………………………………………….9 I-7.inconvénient ……………………………………………………………….…..…10 I-8.Les cause de l'instabilité thermique du PVC……………………………….….…10 vi i I-8-1. Défaut de structure dans le PVC………………………………………….…..10 I-8-2.Masse moléculaire relative…………………………………………………..…13 I-8-3.Présence d’oxygène …………………………………………………………...13 Chapitre II : La dégradation et la stabilisation du PVC II-1.Dégradation du PVC II-1-1.Définition de la dégradation………………………………………………..…15 II-1-1.1-La dégradation thermique……………………………………………….…..15 II-1-1-1.1 Déshydrochloruration………………………………………………….....16 - Les mécanismes de la déshydochloruration…………………………………16 - Mécanisme radicalaire ………………………………………………………17 - Mécanisme ionique ……………………………………………………….…17 - Mécanisme unimoléculaire …………………………………………….……17 II-1-1-1.2 Coloration……………………………………………………………..….18 II-1-1.2 La dégradation par la lumière …………………………………………….19 II-1-1.2 La dégradation par l’oxygène……………………………………………..20 II-2.Stabilisation du PVC II-2-1.Définition d'un stabilisant…………………………………………………….21 II-2-1-1.Stabilisant thermique du PVC……………………………………………...21 a)Stabilisants primaires …………………………………………………………..…22 a-1.Stabilisants à base de plomb………………………………………………….…22 Le mécanisme de stabilisant à base de plomb………………………………………22 a-2.Stabilisants à base d'étain……………………………………………………….24 a-3.Stabilisant métaux mixtes ……………………………………………………...25 b)-Stabilisants secondaire ………………………………………………………..…27 b-1.Phosphites organiques ………………………………………………………...27 b -2.Composés époxydes …………………………………………………………...27 b-3. Polyols……………………………………………………………………….....28 II-2-1-2.Antioxydants ou anti-oxygénes ……………………………………………28 II-2-1-3.Stabilisants lumière ou anti-UV……………………………………………29 Conclusion générale………………………………………………………………….31 Introduction générale Introduction générale 1 INTRODUCTION GENERALE Les thermoplastiques sont en général des polymères linéaires pouvant avoir parfois des ramifications. Ce sont des polymères de haute masse molaire dont la cohésion des chaînes se fait par des liaisons non-covalentes de type liaisons hydrogène, dipôle-dipôle. Ils sont mis en œuvre à l’état fondu ou ramolli, et sont qualifiés de thermostables lorsqu’ils conservent leurs propriétés mécaniques à une température d’utilisation en continu supérieure à 150°C. De ce fait, ils peuvent être utilisés sur une large gamme de température et remplacer certaines pièces métalliques. Leur capacité à dégager très peu de fumée lors de leur dégradation est aussi un avantage. Le PVC pur est un matériau rigide qui résiste relativement bien aux intempéries, à l’eau et aux produits chimiques. Il est électriquement isolant mais assez instable à la chaleur et à la lumière qui entraînent une perte de chlore sous la forme de chlorure d’hydrogène (HCl). Afin d’obtenir l’éventail des propriétés nécessaires dans les produits finis, un certaine nombre d’additifs sont mélangés au polymère. Selon l’application à laquelle est destiné le PVC, sa composition (résine + additifs) peut varier énormément en fonction des quantités d’additifs différents qui sont incorporés dans le polymère: stabilisants, lubrifiants, plastifiants, anti-UV, pigments ou retardateurs de flamme. Les stabilisants sont ajoutés au polymère afin d’empêcher la dégradation par la chaleur et la lumière. L’objectif de ce présent travail s’articule autour de l’étude de la dégradation et stabilisation polychlorure de vinyle (PVC). Ce mémoire comporte deux chapitres : Le premier chapitre de ce mémoire est une mise au point bibliographique sur le PVC. Le deuxième chapitre est entièrement consacré à l’étude de la dégradation et stabilisation du PVC. Chapitre I Généralités sur le PVC Chapitre I Généralités sur le PVC 2 I-GENERALITES SUR LE PVC I-1. Définition du Polychlorure de vinyle(PVC) Le poly (chlorure de vinyle) dont le symbole international PVC d’écoule l’appellation anglaise (PVC), est une poudre blanche, inodeur, insoluble et inflammable [1]. Le PVC est une matière thermoplastique de synthèse obtenue par polymérisation du chlorure de vinyle monomère (CVM) ou monochloréthylène [2], composée de carbone et d’hydrogène et de chlore, le carbone et l’hydrogène proviennent du pétrole (43 %) tandis que le Chlore est originaire du sel (57 %) [3]. Comme tous les polymères, le PVC est une longue chaîne composée d’éléments identiques ou monomères. Pour le PVC, il s’agit du chlorure de vinyle monomère (CH2=CH-Cl). Une molécule de PVC contient 750 à 1 500 unités de monomères [4]. I-2. Structure chimique du PVC La structure cmimique de PVC ( figure I-1) est une chaîne hydrocarbonée avec un atome de chlore liée alternativement à un atome de carbone sur deux . Le PVC n’est pas totalement amorphe, vu qu’il présente des zones microcristallines basées sur la configuration syndiotactique, dont le taux dépend de la température de polymérisation qui peut atteindre jusqu'à 20% de l’ensemble structural [1]. La formule structurale de base et la suivante : Figure I-1: Formule chimique de PVC [1]. Chapitre I Généralités sur le PVC 3 I-3. Propriétés générales du PVC I-3-1. Propriétés chimiques  Le PVC est en général peu soluble dans la plupart des solvants, il est même insoluble dans son monomére. Le solvant uploads/Geographie/ la-thermo-degradation-et-la-stabilisatio-pdf.pdf