polypropylene

 

Polypropylène
Général
Nom IUPAC poly(1-méthyléthylène)
Synonymes polypropène isotactique, sigle PP (ou PPi)
No CAS 9003-07-0
SMILES [Afficher]C([C@@H](C)*)*
PubChem
Propriétés chimiques
Formule brute C3H6  [Isomères]
 

Le polypropylène est obtenu par la polymérisation du propylène gazeux en présence d’un système catalytique, généralement le catalyseur de Ziegler-Natta ou un métallocène. Les conditions de polymérisation (température, pression et concentrations de réactifs) sont fixées par le grade de polymère désiré.

Divers procédés de production existent avec quelques point communs. Ils se déroulent soit en phase gazeuse (à lit fluidisé ou réacteur agité) soit en phase liquide

Masse molaire[1] 42,0797 ± 0,0028 g·mol-1
C 85,63 %, H 14,37 %,
 
Propriétés physiques
T° transition vitreuse ~ -10 °C
T° fusion 145 à 175 °C
Masse volumique ~ 0,9 g·cm-3
Thermochimie
Cp [+]
--------------------------------------------------------------------------------
équation[2] :
Capacité thermique du gaz en J·mol-1·K-1 et température en kelvins, de 90 à 1 500 K.
Valeurs calculées :
64,994 J·mol-1·K-1 à 25 °C.
T
(K) T
(°C) Cp
 Cp
 
90 -183,15 39 243 933
184 -89,15 49 952 1 187
231 -42,15 55 948 1 330
278 4,85 62 234 1 479
325 51,85 68 715 1 633
372 98,85 75 303 1 790
419 145,85 81 920 1 947
466 192,85 88 493 2 103
513 239,85 94 957 2 257
560 286,85 101 254 2 406
607 333,85 107 333 2 551
654 380,85 113 153 2 689
701 427,85 118 677 2 820
748 474,85 123 878 2 944
795 521,85 128 734 3 059
 T
(K) T
(°C) Cp
 Cp
 
842 568,85 133 233 3 166
889 615,85 137 367 3 264
936 662,85 141 140 3 354
983 709,85 144 559 3 435
1 030 756,85 147 640 3 509
1 077 803,85 150 407 3 574
1 124 850,85 152 891 3 633
1 171 897,85 155 130 3 687
1 218 944,85 157 170 3 735
1 265 991,85 159 063 3 780
1 312 1 038,85 160 871 3 823
1 359 1 085,85 162 660 3 866
1 406 1 132,85 164 507 3 909
1 453 1 179,85 166 492 3 957
1 500 1 226,85 168 707 4 009
 
 
Propriétés électroniques
constante diélectrique 2,3 (1 kHz, 25 °C)
2,3 (1 MHz, 25 °C)
2,3 (1 GHz, 25 °C)[3]
Cristallographie
Système cristallin hélices ; système monoclinique (principalement)
Propriétés optiques
Indice de réfraction  1,49 [4]
Précautions
SIMDUT[6]
Produit non contrôlé
[+]Ce produit n'est pas contrôlé selon les critères de classification du SIMDUT.
Classification du CIRC
Groupe 3 : Inclassable quant à sa cancérogénicité pour l'Homme[5]
Écotoxicologie
DL50 >99 000 mg/kg (rat, i.v.)
>110 000 mg/kg (rat, i.p.) [7]
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le polypropylène (ou polypropène) isotactique, de sigle PP (ou PPi) et de formule chimique (-CH2-CH(CH3)-)n, est un polymère thermoplastique semi-cristallin de grande consommation.

Le polypropylène isotactique est une polyoléfine résultant de la polymérisation des monomères propylène [(CH2=CH-CH3)] en présence de catalyseurs, suivant principalement le procédé Ziegler-Natta.

Sommaire [masquer]
1 Historique
2 Propriétés physiques
3 Applications
4 Avantages et inconvénients
5 Notes et références
6 Articles connexes
 
 Historique[modifier]
 
Représentation d'une chaîne d'un polypropylène isotactique et syndiotactique (de haut en bas)Giulio Natta et le chimiste allemand Karl Rehn obtinrent, en mars 1954, un polypropylène à structure géométrique cristalline régulière[8]. Natta emploie le terme « isotactique » pour décrire ce polymère. Les chaînes d’un polymère isotactique peuvent se rapprocher les unes des autres pour former un solide ordonné.

Plus tard, il mettra au point des catalyseurs stéréospécifiques permettant l’obtention systématique de tels polymères.

Voir aussi John Paul Hogan et Robert Banks.

Le polypropène syndiotactique (PPs) est industrialisé à partir de 1992.

 Propriétés physiques[modifier]
Module de Young : 1,1 à 1,6 GPa
Taux de cristallinité[9] : 0,7 à 0,8 (PPi) ; ~0,3 à 0,4 (PPs) ; ~0 (PPa)
Retrait : 1 à 2,5 %
Le polypropylène de grade « injection » est très facilement recyclable ; le PP de grade « film » est au contraire beaucoup plus délicat à recycler, surtout s'il est imprimé. Le PP film imprimé est sûrement l'un des plastiques usuels les plus difficiles à recycler.

Le polypropylène est translucide à opaque, hydrophobe, dur, semi-rigide et très résistant à l’abrasion.

Pour augmenter ses propriétés mécaniques, il est courant qu'il soit chargé en fibre de verre, à hauteur de 10 à 30 % en général.

Le polypropylène expansé, de sigle EPP en anglais, est une mousse blanche ressemblant au polystyrène expansé, mais avec une mémoire de forme lui permettant de se déformer sans casser et de conserver sa structure.

Le propylène peut former des homopolymères (polypropylène), des copolymères statistiques ou des copolymères en bloc. Le comonomère le plus utilisé est l’éthylène pour donner des polyoléfines élastomères comme l’éthylène-propylène (EPR ou EPM) et l’éthylène-propylène-diène monomère (EPDM).

 
Polymérisation
Variation du module d'un PPi avec la température, mettant en évidence la chute brutale du module de ce polymère semi-cristallin à l'approche de la température de fusion
Moulage par injection : schéma et températuresSelon sa tacticité, le polypropylène peut être :

 Atactique (PPa) Syndiotactique (PPs) Isotactique (PPi)
Cristallinité Amorphe Cristallinité moyenne (20 - 30 %) Cristallinité élevée (50 - 70 %)
Point de fusion Aucun F = 130 °C pour un PPs ayant une cristallinité de 30 %.
F = 130 - 150 °C. F = 171 °C pour un PP parfaitement isotactique.
F = 160 - 166 °C pour les grades commerciaux.
Masse volumique (g·cm-3) 0,85 – 0,90 0,89 – 0,91 0,92 – 0,94
Produits commerciaux Affichent une faible résistance mécanique et présentent peu d'intérêt industriel Peu nombreux Courants
Date de première fabrication  1992 1954 : Giulio Natta et Karl Rehn
Méthode de fabrication  Polymérisation par catalyse avec un métallocène Polymérisation Ziegler-Natta

 Applications[modifier]
On trouve beaucoup de pièces moulées en polypropylène pour la construction automobile, notamment les pare-chocs, les tableaux de bord, l'habillage de l'habitacle et les réservoirs d'essence et de liquide de frein. Le polypropylène est aussi beaucoup utilisé pour les emballages alimentaires pour sa résistance à la graisse (exemple : emballages de beurre) et son aspect brillant. Il est également utilisé pour la fabrication de tissus d'ameublement, de vêtements professionnels jetables (combinaisons de peinture, charlottes, masques chirurgicaux, etc.), de sacs tissés à haute résistance, de géotextiles et de géomembranes ; on le trouve aussi sous forme de fibres dans les cordages et les tapis synthétiques. Des pailles à boire sont également fabriquées en polypropylène.

En longueur nominale de 6 à 18 mm, la fibre de polypropylène est l’adjuvant idéal dans les mélanges en béton pour diminuer le retrait plastique, les fissurations et les lézardes, et augmenter les propriétés de la surface du béton. Les fibres ne remplacent pas le renforcement structurel traditionnel en acier ou les procédés habituels de bonne prise du ciment, mais il est très souvent possible de remplacer les treillis par ces fibres.

Plusieurs pays ont émis des billets en polypropylène, dont l'Australie, le Mexique et Israël.

 Avantages et inconvénients[modifier]
 
Code d'identification
Polluants atmosphériques produits lors de la fabrication du polypropylène (PP). Diagrammes pour le CO (monoxyde de carbone) et les COV (composés organiques volatils)Le polypropylène présente de nombreux avantages : il est bon marché, alimentaire (inodore et non toxique), indéchirable, très résistant à la fatigue et à la flexion (fabrication de charnières), très peu dense, chimiquement inerte, stérilisable et recyclable. C'est de plus un excellent isolant électrique.

Par contre, il est fragile (cassant) à basse température (car sa Tg est proche de la température ambiante), sensible aux UV, moins résistant à l'oxydation que le polyéthylène et difficile à coller.

La résilience du polypropylène peut être améliorée en malaxant du PPi avec les élastomères EPR ou EPDM.

Sa production en masse est source d'impacts environnementaux et de consommation de pétrole, ainsi que d'émission de gaz à effet de serre. Son impression ou certains additifs (fibres, métaux lourds, ignifugeants) peuvent rendre son recyclage difficile ou impossible de manière rentable.
Les progrès de l'écoconception dans la plasturgie pourraient faciliter le tri et le recyclage de ce matériau.

 Notes et références[modifier]
1.? Masse molaire calculée d’après Atomic weights of the elements 2007 [archive] sur www.chem.qmul.ac.uk
2.? (en) Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams, vol. 1, Gulf Pub. Co., Huston, Texas, 1996 (ISBN 0-88415-857-8)
3.? (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
4.? (en) J. G. Speight, Norbert Adolph Lange, Lange's handbook of chemistry, McGraw-Hill, 2005, 16e éd., 1623 p. (ISBN 0071432205), p. 2.807
5.? IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 3 : Inclassables quant à leur cancérogénicité pour l'Homme [archive] » sur http://monographs.iarc.fr [archive], CIRC, 16 janvier 2009. Consulté le 22 août 2009
6.? « Polypropylène [archive] » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009.
7.? (en) « Polipropene 25 » sur ChemIDplus, consulté le 8 février 2009.
8.? Polymer Pioneers [archive] p. 76
9.? (de) Gottfried W. Ehrenstein, P