ETUDE DE MISE EN PLACE D’UNE UNITE DE PRODUCTION D’EMBALLAGES BIODEGRADABLES

Polymérisation

Principe La polymérisation consiste à modifier la nature chimique des composés par l’union en de grandes chaînes des molécules de monomères, appelées polymères avec un catalyseur. La polymérisation s’applique dans l’industrie à des bases pétrochimiques : le naphta, le gazole et le butane par exemple. On les traite en usine à l’aide de vapocraqueurs. Sous l’action de la chaleur et en présence de vapeur d’eau, ces unités servent à casser les molécules pour obtenir des produits de base. Exemples: – des alcènes (oléfines) : éthylène, propylène et butadiène (propène, butène) ; – des hydrocarbures aromatiques (cycliques insaturés) : benzène, toluène ; – le gaz de synthèse, mélange d’hydrogène H2 et de monoxyde de carbone CO, produit par une oxydation partielle du méthane du gaz naturel. Ces vapocraqueurs se situent généralement dans les grandes raffineries, afin d’utiliser les produits qui en sont issus. Le vapocraquage est une technique assez proche de celles utilisées en raffinage. On a alors enfin obtenu nos polymères, mais la route jusqu’au produit manufacturé est encore longue ! En effet, les polymères sont alors sous forme de poudre ou de granulés. Une transformation est donc nécessaire pour leur donner un aspect, une forme, une texture, une couleur, et d’autres propriétés souhaitées : résistance à la chaleur, à l’usure ou aux chocs, flexibilité ou douceur, élasticité, rigidité… Afin d’arriver à ces résultats, ils vont devoir subir une série de traitements : travail de moulage, fusion, chauffage, addition d’autres produits… mais nous sortons là du cadre de la pétrochimie pour entrer dans celui des industries des plastiques (qu’on appelle la plasturgie), du textile ou des cosmétiques (Science et vie mensuelle, 2009). On fait subir à ces monomères une polymérisation pour obtenir des polymères de polyéthylène à partir de molécules d’éthylène. H2C=CH2 polymérisation -CH2-CH2-CH2- Ethylene (Polymère de polyéthylène) Cette synthèse consiste à une succession de molécules d’éthylène par polymérisation. Cette polymérisation peut se faire selon deux procédés : 

La Polyaddition

Elle consiste à assembler entre eux des monomères identiques c’est-à-dire une succession de molécules identiques de monomères. Les polymères synthétisés par ce type de réaction sont par exemple : – Le Polyéthylène (PE) de formule chimique (-CH2-CH2-) n – Le Polypropylène (PP) de formule chimique (-CH2-CH-CH3) n – Le Polystyrène (PS) de formule chimique (-CH2-CH-C6H5) n

La Polycondensation

Elle consiste à une réaction chimique au cours de laquelle de petites molécules organiques possédant des groupements fonctionnels (par exemple OH, COOH, NH2 etc.) forment un polymère par élimination de petites molécules inorganiques (par exemple H2O, HCL etc.). Les polymères synthétisés par ce type de réactions sont par exemple : – Les fibres polyamides comme le nylon ; – Les polyesters comme le Tergal ou bien le Polyéthylène Téréphtalate(PET) ; – Les polyuréthanes utilisés en mousse pour le remplissage des coussins. Les plastiques sont initialement produits sous forme de granulés ou de poudres. Après ces réactions, on obtient des granulés ou des poudres du produit. Par différents traitements et des transformations diverses, ces produits acquièrent les caractéristiques souhaitées (forme, aspect…). Ces polymères ont quand à eux des propriétés physiques bien différentes de celles de leurs monomères de base. Certains seront rigides et résistants aux chocs, d’autres seront plus mous et doux. Certains résisterons à des températures élevées, d’autres seront élastiques, ou encore biodégradables. Les exemples sont multiples dans notre vie quotidienne : vêtements élastiques comme le Lycra, plaques rigides de PVC… Les monomères, formés de chaînes de maillons de différentes natures, possèdent diverses propriétés selon la nature de ces maillons. Ils seront alors rigides ou plutôt mous. Selon les caractéristiques proposées, les chercheurs, les ingénieurs et les industriels choisissent un polymère pour fabriquer le produit souhaité. Cette recherche se poursuit au quotidien pour ces chercheurs, toujours avides de 12 nouvelles propriétés pour des polymères plus performants, grâce à l’immense diversité offerte par la chimie et la nature. III- PROPRIETES Les sachets plastiques sont composés principalement de polyéthylène obtenus par divers procédés déjà décrits précédemment. Avec une faible densité (0,9 à 2,2), les plastiques ont une bonne qualité d’isolation électrique et thermique, une bonne résistance à un grand nombre de produits chimiques, pas d’oxydation comme certains métaux et ont un rapport volume/prix intéressant, parfois inflammables, sensibles aux rayons ultra violets et à l’humidité. Le comportement mécanique des plastiques est différent de celui des métaux. Il dépend de la structure, de la composition, du mode de fabrication, de la forme de la pièce, de la température, du temps et de l’humidité. Le pourcentage d’allongement (A%) est plus faible pour les thermodurcissables (< 1%, se déforment peu avant rupture, sont plus fragiles et plus sensibles aux chocs) qui présentent aussi, en général, une dureté plus élevée (Krausse. C, 1996). La résistance en compression est souvent plus élevée que la résistance en traction : 50 à 100 % pour les thermoplastiques, parfois plus de 100 % pour les thermodurcissables. Sous charge, les plastiques se déforment instantanément dans un premier temps, comme un ressort, puis, contrairement au ressort, continuent à se déformer progressivement au cours du temps (« déformation retardée »). C’est le fluage, sorte d’écoulement très visqueux qui dure autant que la charge. La décomposition thermique de matières organiques de récupération peut se faire à partir de plastiques à usage horticole. Dans certaines régions, les tonnages 13 de feuilles de plastiques destinés au forçage des végétaux est effarant et les agriculteurs doivent les éliminer après la récolte. Ainsi Certains pays les achètent pour les valoriser, l’huile obtenue est noire car la pyrolyse décompose bon nombre des constituants en donnant naissance à des corps que l’on peut comparer à des goudrons. Et pour obtenir une feuille plastique, on doit ajouter une certaine quantité de monomères frais de polyéthylène. En fait la composition chimique de ces plastiques noirs n’est pas constante car d’origine incontrôlable. Certains composants tels que le pétrole ou le polyéthylène synthétique peuvent être toxiques et leur contact avec des produits destinés à l’alimentation est fortement déconseillé, il n’y a par contre aucun inconvénient à les utiliser comme matériaux de fabrication pour certains objets non destinés à être ingéré par l’homme. 

Les Thermoplastiques

C’est de loin la famille la plus utilisée : ils représentent près de 90 % des applications des matières plastiques. Ils sont moins fragiles, plus faciles à fabriquer (machine à injecter et cadences élevées) et permettent des formes plus complexes que les thermodurcissables. Ils existent sous forme rigide ou souple, compact ou en faible épaisseur, sous forme de feuille très mince (film…), de revêtement, expansé ou allégé. 

Propriétés principales

Ils ramollissent et se déforment sous l’action de la chaleur. Ils peuvent, en théorie, être refondus et remodelés un grand nombre de fois tout en conservant leurs propriétés ; ils sont comparables à la cire ou à la paraffine. Insensibles à l’humidité, aux parasites, aux moisissures (sauf polyamides) ils peuvent être fabriqués dans une gamme de couleurs très étendue. 14 Inconvénients : fluage élevé ; coefficient de dilatation linéaire élevé, entraînant un retrait important au moment du moulage ; combustible ; sensibles aux ultraviolets ; électrostatiques, qui « attirent les poussières » ; pas toujours agréables au toucher. III-1-2- Thermoplastiques de grande diffusion A eux seuls, ils représentent de 70 à 80 % du total des plastiques mis en œuvre. On y trouve le polyéthylène, le polypropylène, le polystyrène et les PVC (polychlorure de vinyle). 

Thermoplastiques techniques

Les polyamides, proche du nylon textile, sont les plus utilisés du groupe : ils comportent de nombreuses variantes, de bonnes caractéristiques mécaniques, et une bonne tenue aux températures. Les polycarbonates sont transparents et résistants aux chocs (verres correcteurs, vitrage antieffraction…). Les polyesters, voisins des fibres textiles polyesters, sont transparents et imperméables aux gaz (applications voisines des polyamides). Les poly acétals résistent à la fatigue, à l’eau et aux solvants (lave-linge, lavevaisselle…). 

 Thermoplastiques hautes performances

Plus coûteux, ils sont caractérisés par leur résistance à la chaleur et leurs propriétés électriques élevées. Les résines fluorées (PTFE, PCTFE, PVDF) sont les plus classiques ; elles résistent à presque tous les agents chimiques, ne vieillissent pas, ne brûlent pas, quant aux poly sulfones et poly sulfones de 15 phényle (PPS), plus récents, transparents, ils allient résistance à la température, propriétés mécaniques et électriques élevées.