Polyéthylène
Le polyéthylène, ou polyéthène, est un des polymères les plus simples et les moins chers. Il appartient à la famille des polyoléfines.
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Polymère - Fibre textile
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| Polyéthylène | |
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| Général | |
| Nom IUPAC | Poly (méthylène) |
| Synonymes | Polyéthène, Homopolymère d'éthylène, PE |
| No CAS | |
| SMILES |
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| Apparence | solide de forme variable blanc[1] |
| Propriétés physiques | |
| T° transition vitreuse | ∼ -110 °C (transition γ) |
| T° fusion | 85 à 140 °C[1] |
| Masse volumique | 0, 91–0, 96 g·cm-3 [1] |
| T° d'auto-inflammation | 330 à 410 °C[1] |
| Point d'éclair | 341 °C[1] |
| Propriétés électroniques | |
| constante diélectrique | 2, 3 (1 kHz, 23 °C) [2] |
| Précautions | |
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| Groupe 3 : Inclassable quant à sa cancérogénicité pour l'Homme[3] | |
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Le polyéthylène, ou polyéthène (sigle générique PE), est un des polymères les plus simples et les moins chers. Il appartient à la famille des polyoléfines.
C'est principal polymère de synthèse, devant le PP, le PVC et le PS. Sa production mondiale était d'une quarantaine de millions de tonnes en 2003.
Sa température de transition vitreuse particulièrement basse (voisine de -110 °C) et sa température de fusion pouvant atteindre 140 °C font prévoir un intervalle de température d'utilisation comme plastique assez vaste. Sa nature paraffinique explique sa grande inertie chimique.
Il existe différents types de polyéthylène (dont les homopolymères LDPE et HDPE) et des copolymères (LLDPE, par exemple).
Production
Son nom vient du fait qu'il est obtenu par polymérisation des monomères d'éthylène (CH2 = CH2) en une structure complexe de formule générique :
- − (CH2 − CH2) n −.
Le polyéthylène est l'unique polyoléfine qui puisse être préparée par voie radicalaire.
Le polyéthylène est en particulier issu de la pétrochimie. En juin 2007, la compagnie brésilienne Braskem a annoncé la certification d'un polyéthylène vert, synthétisé à partir d'éthanol issu de canne à sucre.
Classification
Les polyéthylènes sont classés selon leur densité qui dépend du nombre et de la longueur des ramifications présentes sur les chaînes moléculaires.
- PE-BD, polyéthylène basse densité (en anglais LDPE, low-density polyethylene)
- PE-BDL, polyéthylène à basse densité linéaire (en anglais LLDPE, linear low-density polyethylene)
- PE-HD, polyéthylène haute densité (en anglais HDPE, high-density polyethylene)
- PE-UHPM, polyéthylène à masse molaire élevée (en anglais UHMWPE, ultra-high-molecular-weight polyethylene (en) )
- PE-R, polyéthylène réticulé (en anglais PEX, cross-linked polyethylene)
- PE-RHD, polyéthylène réticulé à haute densité (en anglais HDXLPE, high density cross-linked polyethylene)
- PE-MD, polyéthylène à moyenne densité (en anglais MDPE, medium density polyethylene (en) )
- PE-TBD, polyéthylène à particulièrement basse densité (en anglais VLDPE, very low density polyethylene)
Le polyéthylène basse densité a été découvert en 1933 par les ingénieurs anglais E. W Fawcett et R. O Gibson. Le polyéthylène haute densité a été synthétisé en 1953 par le chimiste allemand Karl Ziegler et son équipe. Le polyéthylène à basse densité linéaire a été découvert pour remplacer le PE-BD en 1979.
Propriétés
Le polyéthylène est un polymère thermoplastique, translucide, chimiquement inerte (il est plus résistant aux oxydants forts que le polypropylène), facile à manier et résistant au froid.
Les trois principales familles de PE sont le HDPE (PE haute densité), le LDPE (PE basse densité) et le LLDPE (PE à basse densité linéaire) [4].
Le LDPE est plus ramifié que le HDPE, ce qui veut dire que les chaînes ne s'assemblent moins bien entre elles. Les forces intermoléculaires de type Van der Waals sont par conséquent plus faibles. Il en résulte un taux de cristallinité moindre[5], une plus faible densité, une malléabilité et une résistance aux chocs plus élevées. Par contre, le HDPE est plus rigide.
- Le LDPE est obtenu par polymérisation radicalaire vinylique sous particulièrement haute pression, et possède une masse molaire de l'ordre de 200 000 à 500 000 (mais elle peut être bien plus élevée).
- Les autres PE peuvent être obtenus par une méthode de synthèse plus complexe et plus chère : la polymérisation Ziegler-Natta.
Utilisation
Le polyéthylène est le polymère de synthèse le plus employé. Il compose surtout la moitié des emballages plastiques (films à usage alimentaire, agricole... ).
L'utilisation la plus visible du polyéthylène sont les sacs plastiques.
- Quand le sac se froisse aisément sous la main, avec un bruit craquant, un touché «mécanique» et revient plus ou moins spontanément à sa forme d'origine, il s'agit du HDPE (PE haute densité).
- Quand le touché est plus «gras», que le plastique se froisse sans bruit, se perce aisément avec le doigt, il s'agit du LDPE (PE basse densité).
Les principales applications du HDPE sont des produits rigides : flacons (détergents, cosmétiques... ), bouteilles, boîtes type Tupperware, jerricans, etc.
Les principales applications du LDPE sont des produits souples : sacs, films, sachets, sacs poubelles, récipients souples (ketchup, crèmes hydratantes... ), etc.
Le polyéthylène réticulé (PER) montre une meilleure tenue thermique que le PE. Pour la fabrication de gaines de câbles, la réticulation se fait généralement après extrusion.
Le UHMWPE (PE à poids moléculaire «ultra-haut»), tel le Dyneema, est utilisé pour ses hautes performances (un rapport résistance/masse 40 % supérieur à celui des aramides (Kevlar). On le trouve dans les équipements sportifs (ski, snowboard, surf, cerfs-volants, etc. ), le matériel de protection, surtout balistique (gilets pare-balles) ou moto (tenues à haute résistance à l'abrasion), les implants chirurgicaux, les plaques pour remplacer la glace des patinoires, etc.
Remarque : le polyéthylène téréphtalate (PET) est un polyester saturé utilisé pour la fabrication de fibres textiles, de bouteilles pour boissons, d'emballages, etc.
Le polyéthylène est aussi un additif alimentaire (Cire de polyéthylène oxydée/E914)
Notes et références
- POLYETHYLENE, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
- (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 2009, 90e éd. , Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
- 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 17 mai 2010
- (en) Charles E. Wilkes, James W. Summers et Charles Anthony Daniels, PVC Handbook, Hanser Verlag, Munich, 2005 (ISBN 1569903794) [lire en ligne], p. 14
- La cristallinité est plus élevée pour le second (80-90 % contre 50-70 %) car les ramifications, courtes ou longues, y sont moins habituelles que dans le premier.
Annexes
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