Thermoplastiques expliqués : définition, propriétés et avantages du recyclage

Un thermoplastique (parfois écrit thermoplastique) est un type de plastique fait de résines polymères qui devient un liquide homogénéisé quand chauffé et dur quand refroidi. Quand gelé, cependant, un thermoplastique devient vitreux et sujet à la fracture. Ces caractéristiques, qui donnent son nom au matériau, sont réversibles. C'est-à-dire qu'il peut être reheaté, reformé et gelé répétitivement. Cette qualité rend aussi les thermoplastiques recyclables.

Variétés et exemples

Il existe des dizaines de sortes de thermoplastiques, chaque type variant en organisation cristalline et densité. Certains types couramment produits aujourd'hui sont le polyuréthane, le polypropylène, le polycarbonate et l'acrylique. Le celluloïd, considéré comme le premier thermoplastique, est apparu au milieu des années 1800 et a régné dans l'industrie pendant environ 100 ans. À son apogée, il servait de substitut à l'ivoire. Aujourd'hui, il sert à fabriquer des médiators de guitare.

Différence avec les plastiques thermodurcissables

Parfois, les thermoplastiques sont confondus avec les plastiques thermodurcissables. Bien qu'ils puissent sonner pareil, ils possèdent en réalité des propriétés très différentes. Alors que les thermoplastiques peuvent être fondus en liquide et refroidis en solide, les plastiques thermodurcissables se dégradent chimiquement sous la chaleur. Ironiquement, cependant, les plastiques thermodurcissables tendent à être plus durables une fois refroidis que beaucoup de thermoplastiques.

Différence avec les élastomères

Les thermoplastiques diffèrent aussi des élastomères, même si certains sont considérés comme les deux. Bien que beaucoup de thermoplastiques puissent être étirés jusqu'à un point, ils tendent généralement à résister et à rester dans la forme étirée. Les élastomères, comme leur nom l'indique, reviennent à leur forme. Cependant, l'ajout de plastifiants à la fonte peut rendre un thermoplastique plus malléable. En fait, c'est généralement le cas quand un thermoplastique est utilisé pour le moulage par injection ou l'extrusion de plastique.

Rôle des plastifiants et température de transition vitreuse

L'action spécifique d'un plastifiant est d'abaisser la température de transition vitreuse (Tg) du matériau, qui est le point où il devient cassant quand refroidi et mou quand chauffé. Tg varie avec chaque type de thermoplastique et est dictée par sa structure de cristallisation. Cependant, Tg peut aussi être ajustée en introduisant un thermoplastique dans un copolymère, comme le polystyrène. Avant l'utilisation de plastifiants, certaines pièces moulées en thermoplastique étaient sujettes à la fissuration par temps froid.

Exemples d'applications courantes

Les thermoplastiques existent depuis longtemps mais sont un énorme composant de la vie quotidienne aujourd'hui. Par exemple, l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS) est un thermoplastique utilisé pour fabriquer équipements sportifs, jouets (blocs LEGO®) et diverses pièces automobiles. Le polycarbonate sert à faire des disques compacts (CD), bouteilles, contenants alimentaires et verres de lunettes. Le polyéthylène est probablement le thermoplastique le plus rencontré et sert à faire bouteilles de shampoing, sacs plastiques et même gilets pare-balles.

Les thermoplastiques sont-ils biodégradables ?

La biodégradabilité est une mesure importante de l'éco-responsabilité d'une substance. Simplement, cela signifie qu'un matériau peut être décomposé naturellement par des microorganismes. Bactéries et champignons aident généralement la décomposition en se nourrissant de matières organiques. Une fois les matériaux biodégradables décomposés, leurs composants de base restent.

Pourquoi le plastique ordinaire ne peut pas biodégrader

Les plastiques traditionnels ne sont pas biodégradables. C'est parce que les bactéries ne peuvent pas s'en nourrir et les décomposer en leurs composants d'origine. Malgré le fait que les plastiques soient faits de matériaux naturels comme le pétrole, c'est le processus de polymérisation qui les rend incapables de se décomposer.

Quand le pétrole brut est utilisé pour faire du plastique, ses hydrocarbures sont éventuellement séparés en molécules plus petites appelées monomères. Deux monomères clés sont l'éthylène et le propylène. Ils sont chimiquement combinés en nouvelles configurations, résultant en longues chaînes moléculaires répétitives qu'on appelle polymères. Ils sont ensuite combinés avec des additifs comme des retardateurs de flamme pour créer la forme finale de chaque type de plastique.

Donc si les plastiques contiennent du carbone, pourquoi les bactéries ne peuvent-elles pas les décomposer ? Le processus de polymérisation transforme les matériaux d'origine en composés moléculaires qui n'existent pas dans la nature. Les bactéries et autres microorganismes ne peuvent pas consommer le carbone sous ces formes.

Thermoplastiques et biodégradabilité

Comme le plastique ordinaire, les thermoplastiques sont aussi faits de polymères. Il y a aussi l'amidon thermoplastique, fait en combinant des amidons natifs avec un plastifiant. Ces amidons natifs sont aussi appelés amidons purs, dérivés d'aliments comme le blé et les pommes de terre. Ils sont faits de glucides à chaînes longues insolubles dans l'eau froide.

Le processus de création d'amidons thermoplastiques commence par le mélange plastifiant-amidon chauffé entre 70 et 90 °C. Cette gamme se situe au-dessus des températures normales de gélatinisation de l'amidon et affaiblit les liaisons hydrogène existantes dans l'amidon lui-même. Le mélange résultant se transforme en amidon thermoplastique.

Les plastiques biodégradables comme l'amidon thermoplastique peuvent résoudre le problème de biodégradabilité. L'amidon lui-même est biodégradable et une ressource renouvelable. Selon les sources, l'amidon thermoplastique met entre 30 et 90 jours à se décomposer. En contraste, une bouteille plastique moyenne met environ 450 ans à se décomposer.

Quelle est la principale différence entre thermoplastique et plastique thermodurcissable ?

À première vue, thermoplastique et plastique thermodurcissable peuvent sembler semblables. Après tout, ils sont tous deux faits de polymères. Cependant, ils réagissent différemment à la chaleur. Le plastique thermodurcissable ne fond pas — en fait, il conserve sa forme et sa solidité après polymérisation.

Alors, si le plastique thermodurcissable ne fond pas vraiment, pourquoi est-il encore utilisé ? Cette incapacité à fondre devient un avantage dans certaines situations. Ses propriétés uniques incluent une variété de couleurs et finitions plus une résistance accrue après polymérisation correcte. Ils résistent aussi à la corrosion, ont une haute rigidité diélectrique et sont moins chers à produire. C'est pourquoi le plastique thermodurcissable est utilisé dans de nombreuses applications : composants automobiles, appareils et pièces électriques, pour n'en nommer que quelques-unes.

Comment recycler les thermoplastiques et thermodurcissables ?

Vous serez peut-être surpris d'apprendre que les thermoplastiques sont recyclables. Une raison est leur tolérance à la chaleur. Les polymères dans les thermoplastiques sont forts, mais les liaisons chimiques entre eux sont faibles. Cela signifie qu'ils peuvent être chauffés et refroidis, encore et encore, sans détruire leur composition structurelle. Cela se traduit par une capacité plus facile à les réutiliser répétitivement.

Environ 75 % du plastique produit dans le monde est sous forme thermoplastique. Une grande partie inclut le plastique à usage unique pour contenants alimentaires et boissons. On trouve couramment le polyéthylène téréphtalate (PET) dans les bouteilles d'eau.

Recyclage des thermoplastiques

Une fois les plastiques recyclables arrivés à destination, ils sont fondus et réutilisés par moulage par injection. Mais un problème majeur pour recycler les thermoplastiques et autres plastiques est qu'ils ont tous des compositions légèrement différentes. C'est pourquoi il faut séparer ces différents types de plastique si vous comptez les recycler.

En rassemblant du plastique pour le recyclage, gardez quelques points à l'esprit. Les bouteilles de boissons, produits de soin, détergents et contenants alimentaires peuvent être recyclés. Vous pouvez aussi chercher les chiffres en relief sur les contenants. Un petit « 1 » signifie PET, qui est recyclé. Le polyéthylène haute densité est marqué « 2 » et est aussi hautement recyclable. Pour le reste, vérifiez auprès de votre centre de recyclage local ou autorité municipale de collecte des déchets.

Plastiques thermodurcissables et recyclage

Les produits en plastique thermodurcissable doivent être durables, donc ils ne peuvent pas être facilement recyclés. Les scientifiques examinent de nouvelles façons de les recycler, y compris des liaisons chimiques qui aident ces articles à conserver leur résistance tout en se décomposant plus facilement. C'est un développement excitant, mais la mise en œuvre généralisée peut ne pas se produire pendant un certain temps. Une fois qu'elle le fera, elle pourrait empêcher plus de matériaux plastiques de finir dans les décharges.