Polypropylène

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Polypropylène isotactique
Polypropylène
Identification
Nom IUPAC poly(1-méthyléthylène)
Synonymes polypropène isotactique, sigle PP (ou PPi)
No CAS 9003-07-0
SMILES
Propriétés chimiques
Formule brute C3H6  [Isomères]
Masse molaire[1] 42,0797 ± 0,0028 g/mol
C 85,63 %, H 14,37 %,
Propriétés physiques
transition vitreuse ~-10 °C
fusion 145 à 175 °C
Paramètre de solubilité δ 18,8 MPa1/2 (25 °C)[2] ;
16,8 à 18,8 J1/2·cm-3/2[3]
Masse volumique ~0,9 g·cm-3
Thermochimie
Cp
Propriétés électroniques
Constante diélectrique 2,3 (1 kHz, 25 °C)
2,3 (1 MHz, 25 °C)
2,3 (1 GHz, 25 °C)[5]
Cristallographie
Système cristallin hélices ; système monoclinique (principalement)
Propriétés optiques
Indice de réfraction n^{ 20 }_{  }  1,49[6]
Précautions
SIMDUT[8]

Produit non contrôlé
Classification du CIRC
Groupe 3 : Inclassable quant à sa cancérogénicité pour l'Homme[7]
Écotoxicologie
DL50 >99 000 mg/kg (rat, i.v.)
>110 000 mg/kg (rat, i.p.) [9]
Unités du SI et 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 coordinative des monomères propylène [(CH2=CH-CH3)] en présence de catalyseurs, suivant principalement le procédé Ziegler-Natta.

Historique[modifier | modifier le code]

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[10]. 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 | modifier le code]

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 ou PP-E selon la norme EN ISO 1043-1, 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 « 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).

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 températures.

Selon sa tacticité, le polypropylène peut être :

Grade Atactique (PPa) Syndiotactique (PPs) Isotactique (PPi)
Date de 1re fabrication 1992 1954 : Giulio Natta et Karl Rehn
Polymérisation Catalyse avec un métallocène Catalyse Ziegler-Natta (en)
Cristallinité Amorphe Cristallinité moyenne (20 - 30 %) Cristallinité élevée (50 - 70 %)
Densité 0,85 à 0,90 0,89 à 0,91 0,92 à 0,94
Point de fusion (F) Aucun 130 °C (pour une cristallinité de 30 %) à 150 °C 171 °C pour un PP parfaitement isotactique
160 à 166 °C pour les grades commerciaux
Température de transition vitreuse (Tg) -13 à -7 °C -8 °C -8 à -1 °C
Intérêt Affichent une faible résistance mécanique et présentent peu d'intérêt industriel Peu nombreux Courants

Applications[modifier | modifier le code]

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 (ex. : 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.

Pour gagner du poids tout en renforçant la rigidité, il peut être moulé comme du carton ondulé ; on parle alors de polypropylène alvéolaire (PPA). Il peut aussi avoir une structure en nid d'abeille (honeycomb en anglais).

Le polypropylène expansé est utilisé en aéromodélisme pour la construction de petits modèles volants (moins d'un mètre d'envergure le plus souvent). Ses propriétés mécaniques (légèreté, souplesse et mémoire de forme) permettent de créer des modèles très résistants aux chocs, et faciles à réparer (collage rapide à la colle cyanoacrylate).

Avantages et inconvénients[modifier | modifier le code]

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 Température de transition vitreuse (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, ignifugeants (les métaux lourds sont interdits depuis quelques années)) 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 | modifier le code]

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. (en) James E. Mark, Physical Properties of Polymer Handbook, Springer,‎ 2007, 2e éd., 1076 p. (ISBN 0387690026, lire en ligne), p. 294
  3. (en) Jozef Bicerano, Prediction of polymer properties, New York, Marcel Dekker,‎ 2002, 3e éd., 746 p. (ISBN 0-8247-0821-0), p. 196
  4. (en) Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams, vol. 1, Huston, Texas, Gulf Pub. Co.,‎ 1996 (ISBN 0-88415-857-8)
  5. (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)
  6. (en) J. G. Speight, Norbert Adolph Lange, Lange's handbook of chemistry, McGraw-Hill,‎ 2005, 16e éd., 1623 p. (ISBN 0071432205), p. 2.807
  7. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Évaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 3 : Inclassables quant à leur cancérogénicité pour l'Homme », sur http://monographs.iarc.fr, CIRC,‎ 16 janvier 2009 (consulté le 22 août 2009)
  8. « Polypropylène » 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.
  9. (en) « Polipropene 25 » sur ChemIDplus, consulté le 8 février 2009.
  10. (en) Peter J. T. Morris, Polymer Pioneers, Chemical Heritage Foundation, 2005, p. 76
  11. (de) Gottfried W. Ehrenstein, Polymer-Werkstoffe, Hanser, 1999, ISBN 3-446-21161-6 (Google Livres)

Articles connexes[modifier | modifier le code]

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