- Polyéthylène
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Polyéthylène 
Général Nom IUPAC Poly(méthylène) Synonymes Polyéthène,
Homopolymère d'éthylène,
PENo CAS SMILES 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 Classification du CIRC Groupe 3 : Inclassable quant à sa cancérogénicité pour l'Homme[3] Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. 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 le plus important polymère de synthèse, devant le PP, le PVC et le PS. Sa production mondiale était estimée à 80 millions de t en 2008[4].
Sa température de transition vitreuse est très basse (voisine de -110 °C) et sa température de fusion peut selon les variétés atteindre 140 °C, mais sa résistance mécanique fléchit nettement dès 75 à 90 °C. Contrairement au polypropylène, la température d'utilisation ne peut excéder le point d'ébullition de l'eau. 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).
Sommaire
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 la seule polyoléfine qui puisse être préparée par voie radicalaire.
Le polyéthylène est surtout issu de la pétrochimie. En juin 2007, la compagnie brésilienne Braskem a annoncé la certification d'un polyéthylène vert, polymérisé à partir d'éthylène issu d'éthanol lui-même obtenu par fermentation de canne à sucre.
Classification
Les polyéthylènes peuvent être :
- Linéaires ou branchés (ou ramifiés) : ces polyéthylènes sont classés selon :
- Leur densité qui dépend du nombre et de la longueur des ramifications présentes sur les chaînes moléculaires :
- PE-TBD, polyéthylène à très basse densité (en anglais VLDPE, very low density polyethylene) ;
- PE-BDL, polyéthylène à basse densité linéaire (en anglais LLDPE, linear low-density polyethylene) ;
- PE-BD, polyéthylène basse densité (en anglais LDPE, low-density polyethylene) ;
- PE-MD, polyéthylène à moyenne densité (en anglais MDPE, medium density polyethylene (en)) ;
- PE-HD, polyéthylène haute densité (en anglais HDPE, high-density polyethylene) ;
- Leur masse molaire :
- Polyéthylène à masse molaire très basse (en anglais ULMWPE ou PE-WAX, ultra low molecular weight polyethylene) ;
- Polyéthylène à masse molaire élevée (en anglais HMWPE, high molecular weight polyethylene) ;
- PE-UHPM, polyéthylène à masse molaire très élevée (en anglais UHMWPE, ultra-high-molecular-weight polyethylene (en)).
- Leur densité qui dépend du nombre et de la longueur des ramifications présentes sur les chaînes moléculaires :
- Réticulés : PE-R, polyéthylène réticulé (en anglais PEX ou XLPE, cross-linked polyethylene). Presque tous les PEX sont faits à partir de polyéthylène à haute densité (HDPE) :
- PE-RHD, polyéthylène réticulé à haute densité (en anglais HDXLPE, high density cross-linked polyethylene).
Le polyéthylène basse densité a été inventé 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 inventé 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)[5].
Le LDPE est plus ramifié que le HDPE, ce qui signifie que les chaînes ne s'assemblent moins bien entre elles. Les forces intermoléculaires de type Van der Waals sont donc plus faibles. Il en résulte un taux de cristallinité moindre[6], une plus faible densité, une malléabilité et une résistance aux chocs plus élevées. En revanche, le HDPE est plus rigide.- Le LDPE est obtenu par polymérisation radicalaire vinylique sous très haute pression, et possède une masse molaire de l'ordre de 200 000 à 500 000 (mais elle peut être beaucoup plus élevée).
- Les autres PE peuvent être obtenus par une méthode de synthèse plus complexe et plus chère : la polymérisation coordinative Ziegler-Natta.
Utilisation
Le polyéthylène est le polymère de synthèse le plus employé. Il compose notamment la moitié des emballages plastiques (films à usage alimentaire, agricole...).
L'utilisation la plus visible du polyéthylène sont les sacs plastiques.
- Lorsque le sac se froisse facilement 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).
- Lorsque le touché est plus « gras », que le plastique se froisse sans bruit, se perce facilement 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, réservoirs de carburant d'automobiles 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 en général 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, notamment 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. Son coût est très supérieur à celui des autres polyéthylènes.
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 également 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 978-1-4200-9084-0)
- 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
- Piringer et Baner 2008, p. 32.
- (en) Charles E. Wilkes, James W. Summers et Charles Anthony Daniels, PVC Handbook, Munich, Hanser Verlag, 2005 (ISBN 1-56990-379-4) [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 fréquentes que dans le premier.
Annexes
Articles connexes
Liens externes
- Le polyéthylène
- Société française de chimie, Polyéthylène, 8e Édition : 2009
- (en) (fr) Site de l'Association des fabricants de plastique
- Coefficients de perméabilité, coefficients de diffusion et coefficients de solubilité du polyéthylène pour différents perméants
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