Matière plastique - Définition
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Économie
L'importance économique des matières plastiques est majoritaire dans la chimie industrielle. Leur percée est telle que leur consommation actuelle en volume est supérieure à celle des métaux.
Production
Avec une production mondiale voisine de 54 millions de tonnes en 2001, le polyéthylène [(-CH2-)n] est le polymère de synthèse le plus consommé. Les plus répandus sont ensuite le polychlorure de vinyle [(-CH2-CH(Cl)-)n], le polypropylène [(-CH2-CH(CH3)-)n], le polyéthylène téréphtalate (PET), le polystyrène, les polyamides et les acryliques.
Le PET et le poly(carbonate de bisphénol A) (PC, thermoplastique technique) connaissent une forte progression depuis les années 1990. La production totale du PET était d'environ 18 millions de tonnes en 2001.
Consommation
Les plus fortes consommations concernent les marchés du bâtiment, de l'emballage et de l'électricité-électronique. La consommation par habitant était de 92 kg en Europe occidentale en 2000.
Typologie
On distingue globalement (hors matériaux composites) :
- thermoplastiques de grande consommation, dits de commodité (hors fibres textiles) ;
- thermoplastiques semi-techniques et techniques (hors fibres textiles) ;
- autres thermoplastiques (fibres textiles) ;
- thermodurcissables moulés ;
- autres thermodurcissables (peintures, vernis, adhésifs, liants pour contreplaqués ou pour abrasifs, revêtements divers, etc.).
Autres classifications envisageables : selon leur origine (polymères naturels, artificiels et synthétiques), leur famille physico-chimique (thermoplastiques, thermodurcissables, thermostables, élastomères), leur structure [polymères linéaires (ou monodimensionnels) et tridimensionnels].
Familles de matières plastiques
Thermoplastiques
Les matériaux plastiques composés de polymères à chaîne linéaire ou ramifiée sont en principe fusibles. Les polymères thermoplastiques (ou polyplastes) se déforment et sont façonnables sous l'effet de la chaleur, gardant cette forme en refroidissant (analogie avec la cire des bougies). Ce phénomène réversible permet leur recyclage : les objets sont broyés et « refondus » pour en élaborer d'autres.
Les thermoplastiques sont par ailleurs solubles dans des solvants spécifiques, ce qui permet leur utilisation comme revêtements et colles.
Pour fixer les idées, la plupart des polymères linéaires industriels ont des masses molaires voisines de 105 g•mol-1. Une macromolécule linéaire peut avoir une longueur qui dépasse le dixième de micromètre, ses dimensions latérales restant mille fois plus faibles.
Les textiles synthétiques (fils et fibres) sont toujours thermoplastiques. Ils sont apparus en 1940. On compte actuellement plus de quarante types de textiles synthétiques et plus d'un millier de noms commerciaux pour les désigner.
Thermodurcissables
Les polymères thermodurcissables prennent leur forme définitive après la réaction chimique (polymérisation) accompagnant leur transformation. Le réseau tridimensionnel obtenu donne au produit fini son caractère d'irréversibilité thermique. La structure réalisée avec une résine thermodurcissable ne peut varier et se trouve géométriquement figée (analogie avec la cuisson d'un œuf). Plus le composé sera tridimensionnel, plus il sera rigide, cassant, insoluble et infusible.
Exemple : copolymérisation du polyester insaturé en présence de styrène. La structure obtenue est définitive, le produit fini est infusible donc non transformable et non recyclable.
Élastomères
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Les élastomères sont des polymères à caractère amorphe ou cristallin présentant des propriétés remarquables en élasticité, amortissement et étanchéité (air, eau). Ils sont thermoplastiques et deviennent thermodurcissables par vulcanisation.
Ils sont employés en général réticulés, et le plus souvent à une température supérieure à leur température de transition vitreuse, sur le plateau caoutchouteux ; utilisation : fabrication de la gomme des pneumatiques [contenant principalement du caoutchouc naturel (NR) et du copolymère styrène-butadiène (SBR), bandes transporteuses, tuyaux, durits, coussins, silentblocs, joints, mastics, gants médicaux, chaussures, etc.
Polymères des trois familles de matières plastiques
L'usage prévaut de réserver le terme de matière plastique à trois grandes familles de matériaux, les thermoplastiques, les thermodurcissables et les plastiques techniques, dont la structure, les propriétés physico-chimiques et de mise en œuvre (comportement sous l'action de la chaleur et de la pression) diffèrent totalement. Les résines thermoplastiques sont les plus utilisées industriellement.
| Codes ISO 1043-1 | Quelques noms commerciaux | Polymères (désignation courante) | Production industrielle depuis |
| ABS | Afcoryl, Bayblend (alliage PC/ABS), Cycolac, Isopak, Lastilac, Lustran, Novodur, Polyflam, Polylac, Polyman, Ronfalin, Terluran, Toyolac, Ugikral, Vestodur | Copolymère acrylonitrile-butadiène-styrène (famille des styréniques) | années 1950 |
| CA | Cellidor A, Cellon, Lumarith, Rhodialite, Rhodoïd, Setilitte, Trialithe | Acétate de cellulose (cellulosique) | 1927 |
| EPS | Afcolène, Depron, Hostapor, Polyfoam, Roofmate, Sagex, Styrocell, Styrodur, Styrofoam, Styropor, Vestypor | Polystyrène expansé (styrénique) | années 1950 |
| PA | Akulon, Altech, Amilan, Bergamid, Capron, Durethan, Eratlon, Ertalon, Grilamid, Grilon, Igamid, Kevlar, Latamid, Lauramid, Maranyl, Minlon, Miramid, Nomex, Nylatron, Nylon, Nypel, Orgamide, Perlon, Polyloy, Radiflam, Radilon, Renyl, Rilsan, Schulamid, Sniamid, Stanyl (PA-4,6), Staramide, Starflam, Tactel, Technyl, Trogamid, Ultramid, Versamid, Vestamid, Vydyne, Zytel | Polyamides | 1938 (PA aliphatiques), 1961 (PA aromatiques ou aramides : Nomex) |
| PBT | Arnite, Celanex, Crastin, Deroton, Hostadur, Pocan, PTMT, Tenite, Ultradur, Vestodur | Poly(téréphtalate de butylène) (polyester saturé) | 1969 |
| PC | Apec, Axxis, Durolon, Gerpalon, Latilon, Lexan, Makrolon, Panlite, Plaslube, Polyman, Sunglass, Tuffak, Xantar | Polycarbonates | 1956 |
| PE | Alkathène, Alketh, Dyneema, Eltex, Hostalen, Lacqtène, Lupolen, Manolène, Marlex, Moplen, Plastazote, Polythen, Sclair, Stamylan, Stamylex, Supralen, Surlyn, Tupperware, Tyvek, Vestolen A | Polyéthylène (polyoléfine) | 1939 (PEBD), 1955 (PEHD) |
| PET | Arnite, Baydur, Bidim, Dacron, Diolen, Ektar, Ertalyte, Hostadur K et A, Kodar, Mélinex, Mylar, Pocan, Raditer, Rhodester, Rynite, Tenite, Tergal, Terphane, Terylene, Trevira, Ultradur | Poly(téréphtalate d'éthylène) (polyester saturé) | 1946 |
| PMMA | Acrigel, Altuglas, Altulite, Bonoplex, Corian, Deglan, Limacryl, Lucite, Metacrilat, Oroglas, Perspex, Plexiglas, Resalit, Vitroflex | Poly(méthacrylate de méthyle) (acrylique) | 1933 |
| POM | Acetaver, Bergaform, Celcon, Delrin, Ertacetal, Hostaform, Kematal, Kepital, Kocetal, Ultraform | Polyformaldéhyde (polyacétal) | 1958 |
| PP | Amoco, Appryl, Carlona, Eltex, Hostalen PP, Luparen, Moplen, Novolen, Oléform, Polyflam, Profax, Propathene, Prylène, Stamylan P, Trovidur PP, Vestolen P | Polypropène (polyoléfine) | 1957 (PPi), 1992 (PPs) |
| PS | Carinex, Edistir, Empera, Gedex, Hostyrène, Lacqrène, Luran, Lustran, Lustrex, Noryl (alliage PPO/PS), Polyflam, Polystyrol, Riviera, Styranex, Styroflex, Styron, Trolitul, Ursaa, Vestyron | Polystyrène (styrénique) | 1935 |
| PVAC | Elvacet, Hostaflex, Mowilith, Rhovyl, Vinnapas, Vinyon | Poly(acétate de vinyle) (vinylique) | 1928 |
| PVC | Benvic, Breon, Corfam, Darvic, Duraform, Dynel, Garbel, Gedevyl, Hostalit, Lacovyl, Lacqvil, Lucolène, Lucovyl, Lucalor, Lucoflex, Micronyl, Mipolam, Nakan, Saran, Skaï, Solvic, Tefanyl, Trovidur, Ultryl, Vestolit, Vinidur, Vinnol, Vinnolit, Vinoflex, Vinylite | Poly(chlorure de vinyle) (vinylique) | 1931 |
| SAN | Elvax, Lacqsan, Luran, Lustran, Restil, Vestoran | Copolymère styrène-acrylonitrile (styrénique) | années 1950 |
| Codes ISO 1043-1 | Quelques noms commerciaux | Polymères | Production industrielle depuis |
| EP | Araldite, Devcon, DER, Doroxin, Epikote, Epon, Epotek, Epotuf, Epoxin, Eurepox, Lekutherm, Lopox, Rutapox | Polyépoxydes | 1946 |
| MF | Arborite, Formica, Hostaset MF, Melochem, Melopas | Mélamine-formaldéhyde (aminoplastes) | années 1920 |
| PF | Bakélite, Cascophen, toile bakélisée (Celoron), papier bakélisé, bois bakélisé, Fluosite, Hostaset PF, Luphen, Micarta, Peracite, Trolitan, Tufnol | Phénol-formaldéhyde (phénoplastes) | 1910 |
| PUR | Baydur, Bayflex, Baygal, Cyanapren, Daltoflex, Definal, Desmodur, Desmolin, Estolan, Lupranat, Lupranol, Luvipren, Moltopren, Napiol, Scurane, Urepan, Voranol, Vulkolian, Vulkollan | Polyuréthanes réticulés | 1940 |
| UF | Aerodux, Beckamin, Cascamite, Hostaset UF, Pollopas, Prystal, Urochem | Urée-formaldéhyde (aminoplastes) | 1923 |
| UP | Hostaset UP, Leguval, Palatal, Pregmat, Ukapon, Vestopol | Polyesters insaturés | 1950 |
| Codes ISO 1043-1 | Quelques noms commerciaux | Polymères | Production industrielle depuis |
| PTFE | Algoflon, Ertaflon, Fluon, Gaflon, Halon, Hostaflon, Polyflon, Soreflon, Téflon, Voltalef | Polytétrafluoroéthylène (fluoré) | 1942 |
Les polyimides, le polytétrafluoroéthylène et les silicones peuvent être classés dans les thermostables ou les polymères techniques.