Polyméthacrylate de méthyle

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Polyméthacrylate de méthyle
Structure du PMMA : (C5O2H8)n
Structure du PMMA : (C5O2H8)n
Identification
No CAS 9011-14-7
Propriétés chimiques
Formule brute C5H8O2  [Isomères](C5H8O2)n
Masse molaire[1] 100,1158 ± 0,0052 g/mol
C 59,98 %, H 8,05 %, O 31,96 %,
Propriétés physiques
fusion 130 à 140 °C (265–285 °F)
ébullition 200 °C (392 °F)
Paramètre de solubilité δ 18,58 MPa1/2 (25 °C)[2];

19,4 MPa1/2[3];

18,6 à 26,2 J1/2·cm-3/2[4]
Masse volumique 1,188 g·cm-3[3]
Propriétés électroniques
Constante diélectrique 3,12 (1 kHz, 27 °C)
2,76 (1 MHz, 27 °C)
2,6 (1 GHz, 27 °C)
3,80 (1 kHz, 80 °C)
2,7 (1 MHz, 80 °C)
2,6 (1 GHz, 80 °C)[5]
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]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le polyméthacrylate de méthyle (souvent abrégé en PMMA, de l'anglais Polymethyl Methacrylate) est un thermoplastique transparent obtenu par polyaddition dont le monomère est le méthacrylate de méthyle (MAM). Ce polymère est plus connu sous son premier nom commercial de Plexiglas® (nom déposé), même si le leader global du PMMA est Altuglas International du groupe Arkema sous la marque commerciale Altuglas®. Il est également vendu sous le nom de marque commerciale Lucite®, Crystalite , Perspex® ou Nudec.

Logo Altuglas International

Synthèse[modifier | modifier le code]

Synthese pmma.gif

[9]

Il se polymérise à l'aide de radicaux qui amorcent une polymérisation radicalaire en chaîne. Également possible, la polymérisation anionique, à l'aide d'amorceurs nucléophiles de types carbanions.

La polymérisation anionique doit se faire en milieu anhydre ; en effet, dans ce type de réaction, il n y a pas d'étapes de terminaison, la chaîne en construction continue à absorber des monomères jusqu'à épuisement du stock. C'est seulement à ce moment-là que l'on peut précipiter le PMMA en lui fournissant un proton (à l'aide d'un acide par exemple), ou y ajouter un monomère différent, dans le but de former des copolymères à blocs (de type AAABBB).

Le milieu anhydre sert donc à éviter que les chaînes de PMMA ne se terminent trop tôt à cause d'un proton, ce qui ferait baisser leur degré de polymérisation (nombre de monomères présents dans la chaine). C'est aussi pour cette raison que la réaction se fait sous atmosphère inerte (argon, azote).

Le solvant et l'amorceur utilisés définiront la tacticité du polymère et donc ses propriétés physiques.

Il existe trois principaux procédés de polymérisation :

Les deux derniers procédés sont principalement utilisés pour la production de plaques extrudées et la fabrication de granules.

Le PMMA peut être moulé par compression, injection, coulée, soufflage et extrusion. Les feuilles et plaques de PMMA sont facilement thermoformées. On peut facilement le métalliser. Le PMMA peut également être soudé par ultrasons.

Propriétés physiques[modifier | modifier le code]

Sa transition vitreuse (T_g) est comprise entre 48 °C pour un PMMA syndiotactique (les groupements sont alternés autour de la chaîne) et 160 °C dans le cas d'un PMMA isotactique (tous les groupements esters sont alignés du même côté de la chaîne). La majorité des PMMA sur le marché actuellement est atactique avec une T_g entre 90 °C et 105 °C. La modification du groupe ester induit également un abaissement du T_g (ex. Ethyl +65 °C, n-Buthyl +20 °C). Le PMMA peut également être modifié par copolymérisation avec d'autres monomères tels que des acrylates, des acrylonitriles, des styrènes et butadiènes.

  • très grande transparence, très limpide avec un aspect brillant ;
  • propriété optique exceptionnelle (transmission lumineuse supérieure à celle du verre jusque dans le proche UV, transparence, limpidité, brillance). Indice de réfraction de 1,49 ;
  • aspect de la surface très lisse et brillant ;
  • excellente résistance aux agents atmosphériques ;
  • excellente tenue aux rayons ultraviolets et à la corrosion ;
  • légèreté : Masse volumique de 1,19 g/cm3 (beaucoup plus léger que le verre) ;
  • coefficient de dilatation thermique :  10-4 K-1.
  • usage dentaire : sensible à long terme (plusieurs mois) à la présence de la salive (le matériau devient cassant), de chlorexidine (désinfectant buccal) ou de certains colorants alimentaires (colorations).

Utilisation[modifier | modifier le code]

  • enseigne, bandeaux lumineux, panneaux signalétiques et publicitaires,
  • PLV, présentoir, gravure, ameublement, agencement de magasin, décoration,
  • pièces industrielles,
  • accessoires de sécurité,
  • balle de contact,
  • prothèse dentaire,
  • Implant en ophtalmologie,
  • membranes pour hémodialyseurs, etc.
  • fibres optique
  • art (objets design, sculpture)
  • lentilles d'appareils photo économiques (jetables) - la polymérisation en masse permet l'obtention de pièces sans contraintes internes, possédant donc un indice de réfraction constant et isotrope
  • support d'impression directe avec encres UV pour les tableaux photos[10]
  • instruments de musique : certains modèles de batteries (Ludwig et Tamburo, entre autres)

Le PMMA a de nombreux avantages dont deux principaux :

  • il est transparent
  • il est résistant

Il peut remplacer le verre dans la fabrication de vitres car il permet une excellente transmission de la lumière. Il transmet jusqu'à 92 % de la lumière visible, soit plus que le verre. Pour sa résistance aux ultraviolets, il est utilisé pour les vitrages, les protections de tuiles ou certains éléments de voiture (feux arrières).

C'est le seul polymère qui soit transparent aux ultraviolets. Contrairement aux polycarbonates, polystyrènes et autres polymères transparents, il n'offre pas de coloration jaunâtre qui impose l'addition d'azurants optiques. On obtient alors un polymère d'une transparence exceptionnelle.

Les surfaces de PMMA montrent une grande rigidité, ainsi qu'une bonne résistance aux produits chimiques. C'est ainsi le matériau idéal pour les parois transparentes des grands aquariums.

Malgré tout le PMMA est assez fragile et brûle facilement. Ce polymère exige également une trempe (recuisson) pour relâcher les tensions internes du polymère. Il a une faible résistance aux solvants, particulièrement aux carburants. Après essais, le matériau semble bien résister à l'acétone, à l'essence, au formaldéhyde et l'acide muriatique. Il réagit cependant très mal au contact de cyanoacrylate, qui font blanchir le PMMA comme s'il avait été sablé.

Le PMMA a une assez faible résistance à l'abrasion. Si nécessaire, on lui préfère alors le copolymère SAN (styrène acrylonitrile), surtout pour les pièces colorées (feux arrière de voiture) où la transparence est moins importante.

Le PMMA ne peut pas être utilisé pour fermer des machines industrielles, il est nécessaire d'utiliser du polycarbonate qui ne présente pas de danger lorsqu'il se brise.

Recyclage[modifier | modifier le code]

Le PMMA peut être fondu puis remoulé, mais c'est surtout par dépolymérisation qu'on peut le recycler facilement. Par chauffage, le PMMA redonne son monomère de départ, le MAM. Celui-ci peut alors être réutilisé pour une nouvelle polymérisation.

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. a et b (en) Leslie Howard Sperling, Introduction to Physical Polymer Science, Hoboken, New Jersey, Wiley,‎ 2006, 845 p. (ISBN 978-0-471-70606-9), p. 75
  4. (en) Jozef Bicerano, Prediction of polymer properties, New York, Marcel Dekker,‎ 2002, 3e éd., 746 p. (ISBN 0-8247-0821-0), p. 196
  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, « Evaluations 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. « Polyméthacrylate de méthyle » 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. Pour que cette équation de réaction chimique soit correcte, il faut ajouter n devant la molécule de monomère (réactif).
  10. « Plexi, lumière et profondeur », sur http://www.paragonsquare.com, Paragon Square

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