Thème : MATERIAUX Sous thème : CYCLE DE VIE – séance 3
Tri et recyclage de polymères
Activité 1 : polymérisation – dépolymérisation
interpréter un protocole donné :
Données :
- Plexiglas = PMMA (polymethacrylate de methyle) Tfusion = 200°C Tdépolymérisation = 130-140 °C environ - Methacrylate de methyle Teb = 100,5°C
o Dans un tube à essai mettre 4 ou 5 morceaux de plexiglas. Disposer au dessus un tube à dégagement qui plonge dans un tube à essai vide plongeant lui même dans la glace.
o Allumer le bec bunsen puis chauffer (port de lunettes obligatoire) le tube contenant le plexiglas en le bougeant en permanence au dessus du cône bleue de la flamme.
o Arrêter le chauffage dès que vous avez recueilli un petit fond de tube à essai d’un liquide.
o Se munir du bouchon surmonté d’un long tube de verre. Sous la hotte, ajouter une petite pointe de spatule de peroxyde de benzoyle*, qui est un initiateur de la réaction de polymérisation. Agitez sans retourner, bouchez le tube avec le bouchon surmonté du tube en verre. Disposez le tout dans le bain marie.
o Observez de temps en temps l’évolution de la consistance du mélange.
*Attention, le peroxyde de benzoyle est explosif : pas de flamme à proximité, pas de dispersion du produit en poudre.
Questions :
1) Produire un paragraphe permettant de justifier que le liquide recueilli ne peut être le plexiglas sous forme liquide. Quel peut être ce liquide ?
2) Lors de la réaction de polymérisation, à quoi sert le bouchon surmonté d’un tube en verre. Dans l’industrie, par quoi aurait il pu être remplacé ?
3) Le polymère obtenu est-il du plexiglas ? Justifiez en proposant une explication.
écriture de motifs de polymères et reconnaissance de groupes caractéristiques :
On donne (dans cet ordre) différents monomères intervenants dans la fabrication des plastiques PMMA (plexiglas), PVC, PE (polyethylène) et PP (polypropylène).
Questions :
4) Entourez les groupes fonctionnels présents dans ces monomères. Quel est le point commun à ces 4 monomères ?
5) Montrez comment la rupture d’une des liaisons covalentes dans ces monomères peut permettre l’assemblage de 2 puis 3 puis 4,… molécules de monomères les unes à la suite des autres. Faites un schéma montrant les séparation-appariement d’électrons dans les liaisons covalentes (rappel : une LC = mise en commun 2 électrons !).
6) Ecrire le motif de chaque polymère sous la forme –(motif se répétant -)n– .
Par exemple pour le plexiglas dont la molécule s’allonge par la formation de fonctions ester (processus un peu différents des 4 précédents), le motif s’écrit :
7) que signifie la lettre n mise en indice ?
8) En quoi la dépolymérisation d’un plastique peut être utile pour le recyclage ?
Activité 2 : Triage mécanique des matières plastiques
Le document ci contre montre de manière schématique le devenir des matières recyclable jetés dans nos poubelles (triées ou non).
La filière recyclage est plus intéressante économiquement et écologiquement que la filière valorisation même si l’une comme l’autre sont de grandes pourvoyeuses de gaz à effet de serre et que le meilleur moyen de limiter ces émissions reste encore de ne pas avoir à recycler ces déchets en ne les produisant pas ! Un bon recyclage passe par un bon tri : à la maison comme dans l’usine de retraitement.
Il est préconisé aujourd’hui de laisser les bouchons des bouteilles plastiques sur celles-ci car les uns et les autres étant constitué de matières plastiques différentes (PE et PET en général), ils seront facilement séparables.
Mesurer une densité – Noté (5 points) : A l’aide de la verrerie disponible et d’une balance, mesurez avec précision la densité du polymère dont on vous fournit un échantillon et le reconnaître parmi ceux proposés dans le tableau ci contre.
Application au tri : vous disposez d’une bouteille de lait avec son bouchon, imaginez un processus industriel le plus simple possible permettant de séparer la matière composant le bouchon de celle composant la bouteille sans disposer d’un employé dévissant ce bouchon (vu les quantités, c’est inenvisageable). Expliquez par un schéma le principe de séparation.
Mettre en œuvre collectivement ce protocole avec le professeur après en avoir discuté.
Activité 3 : Triage optique des matières plastiques
Tri optique simple: reconnaissance d’un polymère bien connu
o Chauffer au bec bunsen un fil de cuivre (attention aux brûlures, le cuivre est très conducteur de la chaleur) o Le mettre au contact de la matière plastique à tester ; celle ci doit fondre un peu sur le fil
o Reporter alors le fil dans la flamme : si celle ci est verte, c’est signe de la présence de chlore Questions :
9) Quel polymère ce test permet-il de reconnaître ?
10) Dans quel(s) objet(s) quotidien y en a-t-il ? (réponse par l’expérience bien sûr)
La couleur observée est en réalité due à l’élément cuivre qui s’est combiné à chaud avec l’élément chlore pour former un composé ionique très volatile de CuCl2
11) Que signifie le terme souligné ? Que cela implique-t-il sur le type de spectre de lumière que l’on obtiendrai si l’on en faisait une analyse avec le spectrophotomètre ?
12) Sous quel forme se trouve l’élément cuivre dans cet assemblage ?
13) A chaud et au contact de la matière plastique quel type de réaction a subit l’élément cuivre ? Expliquez.
Tri optique plus pointu:
le tri mécanique précédent permet simplement de séparer les plastiques plus denses que l’eau (PET, PMMA, PVC) de ceux moins denses que l’eau (PE, PP). Pour obtenir un tri poussé c’est à dire au final obtenir des matériaux recyclés de grande qualité, il faut avoir recours à des méthodes optiques utilisant l’absorption des rayonnements IR par les liaisons covalentes des molécules organiques.
Voici les spectres d’absorption (ou de transmission) IR de quelques polymères.
Aide : ce qui compte,c’est de repérer la position des « pics » qui indique une absorption d’un rayonnement IR donné par une certaine liaison covalente de la molécule. Un même type de liaison absorbe toujours le même rayonnement (IR ici) de longueur d’onde donné. Repérer la longueur d’onde absorbée, c’est repérer les liaisons covalentes présentes.
En abscisses, on ne trouve en réalité pas la longueur d’onde mais son inverse 1/λ dont l’unité est le cm-1 si λ a été prise en cm !
PE PMMA
PP
PET PVC
Question : produire un paragraphe argumenté à partir de documents 14) Expliquez comment le trieur optique peut reconnaître et séparer les plastiques sachant qu’il n’identifie bien que des absorption importantes et différentes entre elles
