Regard technique sur la synthèse des polymères et les additifs

Plastiques issus de matières végétales

À l'origine, les résines plastiques étaient fabriquées à partir de matières végétales, notamment de cellulose de coton, de furfural de cosses d'avoine, d'huiles de graines et de divers dérivés d'amidon. La bakélite (résine de phénol formaldéhyde), l'un des premiers plastiques fabriqués à partir de composants synthétiques, a été développée par le chimiste belge Leo Backeland à New York en 1907. La bakélite est fabriquée par une réaction d'élimination du phénol avec le formaldéhyde. Il était à l'origine utilisé pour sa non-conductivité électrique et ses propriétés de résistance à la chaleur dans les isolants électriques, les boîtiers de radio et de téléphone. Comme il a une apparence agréable, il a également été utilisé pour fabriquer des produits de consommation tels que des bijoux. Aujourd'hui, cependant, la plupart des plastiques sont fabriqués à partir de produits pétrochimiques, y compris le gaz naturel.

Synthèse de polymère : Comment sont fabriqués les plastiques

Les plastiques sont des matériaux organiques qui contiennent des éléments tels que le carbone (C), l'hydrogène (H), l'azote (N), le chlore (Cl) et le soufre (S). Ils sont généralement fabriqués à partir de matières premières telles que le pétrole, le gaz naturel et le charbon. La première étape de la fabrication des plastiques est la polymérisation de la matière première, appelée monomère.

Phase de craquage

Les hydrocarbures sont chauffés dans une « phase de craquage ». Dans ce processus, en présence d'un catalyseur, les molécules plus grosses sont décomposées en plus petites telles que l'éthylène (éthane) C2H4 propylène (propane) C₃ H₆ , butane C₄ H₆ et autres hydrocarbures. Le rendement en éthylène produit est contrôlé par la température de craquage et peut être supérieur à 30 % à une température de 850°C. Du styrène et du chlorure de vinyle peuvent être produits lors de réactions ultérieures.

Les deux principaux types de polymérisation sont les réactions d'addition et de condensation. Ces processus peuvent se produire dans la phase gazeuse, liquide et parfois solide du monomère.

Réaction de condensation

Dans une réaction de condensation , deux molécules se combinent avec la perte d'une molécule plus petite comme l'eau ou un alcool ou un acide. Dans ce type de réaction, le monomère un et le monomère deux ont tous deux des groupes hydrogène (H) et hydroxyle (OH). Lorsqu'ils se réunissent avec un catalyseur, un monomère perd un atome d'hydrogène tandis que l'autre perd le groupe hydroxyle. L'hydrogène et le groupe hydroxyle se combinent pour former de l'eau (H₂ ). Les électrons qui restent forment une liaison covalente entre les monomères, formant une longue chaîne de copolymères.

Les monomères résultants peuvent ensuite être liés en chaînes chimiques appelées polymères. Différents polymères sont créés par des chaînes de différents monomères, chacun ayant des propriétés et des caractéristiques individuelles. La variabilité permet des plastiques qui peuvent être façonnés en produits qui répondent aux exigences d'application telles que la tolérance à la chaleur, la résistance chimique, la résistance, etc.

Réaction d'addition

Dans une réaction d'addition , les électrons avec une double liaison sont réarrangés dans le monomère pour former des liaisons simples avec d'autres monomères. La réaction d'addition ci-dessous entre une molécule d'éthane et une molécule de chlore montre la formation d'un polymère.

H               H                                                   Cl   Cl

   \             /                                                      │   │

       C =C         +         Cl – Cl       →     H ― C ― C ― H

     /               \                                                 │     │

H                 H                                                 H    H  

Ici, la double liaison entre les atomes de carbone devient une simple liaison avec des atomes de chlore ajoutés à chaque extrémité.

Additifs

Une fois le polymère de base formé, des additifs chimiques peuvent être ajoutés pour améliorer certaines caractéristiques. Ceux-ci incluent des antioxydants pour protéger le polymère de la dégradation par l'ozone ou l'oxygène, des retardateurs de flamme, des additifs antistatiques et des lubrifiants pour une plus grande flexibilité du polymère. De plus, des plastifiants pour améliorer la flexibilité, des stabilisants ultraviolets pour empêcher la dégradation par les rayons UV du soleil et des pigments pour ajouter de la couleur sont inclus. Les composites peuvent être fabriqués en ajoutant du verre, du carbone et d'autres fibres aux résines. Les plastiques peuvent être composés de manière à résister aux acides forts, aux bases et aux alcalis, à retarder le feu dans les meubles de maison, à contenir des lubrifiants pour les roulements ou à résister au soleil tropical.

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