Objectifs
Les objectifs de ce laboratoire sont de ::
- Comprendre les propriétés et les utilisations des thermoplastiques synthétiques
- Comparer les propriétés physiques des plastiques « Big Six »
- Identifier les plastiques de tous les jours par leurs propriétés physiques
- Dessiner les structures de base des polymères lorsqu’on leur donne une structure monomère
Le mot « polymère » signifie « plusieurs unités ». Un polymère peut être composé de nombreuses unités répétitives, qui sont de petites molécules de monomères qui ont été liées de manière covalente. La figure 1 (de la chimie en contexte) montre un monomère unique, et un polymère constitué de monomères identiques liés entre eux. Un polymère peut contenir des centaines de monomères, totalisant des milliers d’atomes.
Des exemples de polymères naturels sont la soie, le coton, le bois, le coton, l’amidon, le caoutchouc naturel, la peau, les cheveux et l’ADN. Au début des années 1900, les chimistes ont commencé à reproduire des polymères naturels et à créer des polymères synthétiques, en commençant par le nylon qui imite la soie dans sa résistance et sa flexibilité.
Le plastique est un type de polymère synthétique. Actuellement, plus de 60 000 plastiques sont fabriqués à des fins industrielles et commerciales. Environ 75% des plastiques utilisés dans ce pays peuvent être classés comme l’un des six types, ou « Les Six grands ». Ces polymères sont listés dans le tableau ci-dessous.
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Non. |
Name |
Abbreviation |
Uses |
|---|---|---|---|
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polyethylene terephthalate |
PET |
clear bottles and containers, fleece, carpet |
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high-density polyethylene |
HDPE |
opaque bottles and containers, buckets, crates |
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polyvinyl chloride |
PVC |
rigid from: pipes & credit cards; soft form: tubing |
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low-density polyethylene |
LDPE |
bags, films, sheets, bubble wrap, toys |
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polypropylene |
PP |
bottle caps, yogurt containers, furniture |
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polystyrene |
PS |
expandable form: styrofoam; forme de cristal: Étuis à CD |
Ces six polymères sont thermoplastiques : ils peuvent être fondus et remodelés, ou recyclés. Les numéros sont utilisés pour faciliter l’identification des plastiques, afin qu’ils puissent être séparés pour le recyclage. Le symbole utilisé sur les matériaux d’emballage en plastique est trois flèches en forme de triangle, avec le nombre de plastique au milieu. Ce symbole facilite le recyclage en facilitant l’identification des plastiques.
Les Big Six thermoplastiques ont ces attributs généraux:
- recyclable
- insoluble dans l’eau
- résistant à la plupart des produits chimiques
- léger mais solide
- peut être façonné
- peut être coloré avec des pigments
- généralement fabriqué à partir de pétrole
- utilisé pour fabriquer des articles sans alternative à partir d’autres matériaux
Le plastique le plus courant des Six grands est le polyéthylène haute densité (PEHD). Il est composé d’unités répétitives du monomère éthylène
—(H2C-CH2) n—
Les monomères sont liés entre eux dans une réaction de polymérisation par addition. Chaque nouveau monomère s’ajoute à une extrémité avec une liaison covalente; le nombre total de monomères dans le polymère est représenté par l’indice, n. Le polymère résultant est une chaîne de monomères liés entre eux. La figure de droite représente une partie de la chaîne polymère. Combien de monomères sont présents?
Dans cette expérience, vous analyserez qualitativement les polymères plastiques pour les caractéristiques physiques d’opacité, de flexibilité, de durabilité et de cassabilité. Vous analyserez également la densité de chaque plastique en vérifiant si les échantillons de granulés flottent ou coulent dans trois liquides de densités différentes.
Dans ce laboratoire, vous fabriquerez une balle rebondissante en polymère en utilisant une réaction chimique entre le borax et la colle. La colle contient l’acétate de polyvinyle polymère, qui se réticuleà lui-même lorsqu’il réagit avec du borax (schéma ci-dessous). Après réticulation, la colle n’est plus fluide, mais plus solide. L’ajout de fécule de maïs aide à lier les molécules ensemble afin qu’elles conservent leur forme.
Procédure
Sécurité
Aucun matériau utilisé dans cette expérience ne doit être ingéré.
Équipement de protection individuelle (EPI) requis: lunettes de sécurité, blouse de laboratoire, chaussures à bout fermé Matériaux et équipement
échantillons de plastiques Big Six (marqués avec des symboles de recyclage), granulés de plastiques Big Six, solution d’éthanol / eau 1: 1 à 95%, eau distillée, solution de NaCl à 10%, 3 petits tubes à essai, tige d’agitation en verre, flacon de lavage à l’eau distillée, 3 petits béchers, 3 cuillères en plastique, tasse en papier, colle d’Elmer, borax, fécule de maïs, règle
Partie A: physique Caractéristiques des polymères plastiques
Des échantillons de différents plastiques sont disponibles sur le banc avant. Identifiez les échantillons en recherchant le numéro / symbole de recyclage. Utilisez ces échantillons pour analyser les caractéristiques physiques de chaque type de plastique: recyclabilité, opacité, durabilité / dureté et flexibilité.
Partie B: Essais de densité des plastiques Big Six
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Trois solutions de densités différentes seront utilisées:
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Solution A = 1:1 éthanol à 95% / eau, densité = 0,94 g / cm3
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Solution B = eau distillée, densité = 1,0 g/cm3
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Solution C = 10% NaCl, densité = 1.08 g / cm3
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Obtenir et étiqueter trois petits tubes à essai: Solution A, B et C. Ajouter environ 3 mL (deux gouttes pleines) à chaque tube à essai.
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Placez un morceau de chaque plastique dans chacun des trois tubes à essai. Poussez chaque pièce sous la surface du liquide avec une tige d’agitation en verre. Les tensions de surface feront flotter tout le plastique jusqu’à ce que chacun soit « mouillé » et immergé à l’aide de la tige.
Notez si l’échantillon coule rapidement, s’enfonce lentement, flotte à la surface ou flotte sous la surface (mais ne coule pas au fond).
Si l’échantillon flotte, il a une densité inférieure à celle de la solution. Cela peut être relatif à un autre échantillon qui flotte. Si l’échantillon coule, il a une densité supérieure à celle du liquide. L’échantillon peut également couler rapidement ou lentement par rapport aux autres échantillons.
4. Testez chacun des six types de plastique en conséquence, pour compléter le tableau du rapport de laboratoire.
Partie C: Balles rebondissantes en Polymère
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Obtenir banc avant: tasse en papier contenant environ 100 mL de colle d’Elmer (la tasse d’échantillon sera marquée à 100 mL), une règle et 3 cuillères en plastique. Obtenir un flacon de lavage avec de l’eau distillée.
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Obtenez dans votre casier: 3 petits béchers, tige d’agitation, petit cylindre gradué
Faire une Balle Gonflable en Polymère #1:
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Dans un bécher en verre, ajouter:
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3 niveau cuillerées de colle
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5 mL d’eau distillée
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1 niveau cuillerée de poudre de borax
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NE REMUEZ PAS. Laissez les ingrédients interagir pendant 10 à 15 secondes. Ensuite, utilisez une tige d’agitation pour mélanger. Une fois que le mélange devient impossible à remuer, sortez-le du bécher et moulez la balle avec vos mains. La balle commencera collante et désordonnée, mais se solidifiera au fur et à mesure qu’elle sera pétrie.
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Enregistrez des observations physiques sur la balle dans la table: la balle est-elle extensible? goopy? visqueux?
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Utilisez la règle et maintenez la balle à une hauteur de 30 cm (= 12 po) au-dessus du banc. Déposez la balle et enregistrez à quelle hauteur elle rebondit.
Faire de la Balle Gonflable en Polymère #2:
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Dans un bécher en verre, ajouter:
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3 niveau cuillerées de colle
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5 mL d’eau distillée
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1 niveau cuillerée de fécule de maïs
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1 niveau cuillerée de borax
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Répétez les étapes 2 à 4 de la précédente.
Faire une Balle Gonflable en Polymère #3:
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Dans un bécher en verre, ajouter:
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3 niveau cuillerées de colle
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1 niveau cuillerée de fécule de maïs
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1 niveau cuillerée de borax
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Répétez les étapes 2 à 4 de la précédente.
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Vous et votre partenaire de laboratoire pouvez ramener à la maison ces balles gonflables, car tous les matériaux sont non toxiques. Cependant, n’oubliez pas qu’ils ne sont pas comestibles!
Rapport
Polymères et plastiques synthétiques
Partie A: Caractéristiques physiques
Trouvez ou choisissez un type de chacun des polymères plastiques suivants et signalez les caractéristiques suivantes:
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Numéro en plastique |
Nom court (HDPE, LDPE, etc.) |
Clair (oui ou non) |
Opaque (oui ou non) |
Flexibilité (peut être plié?) |
Durabilité (dure ou douce) |
Cassabilité (peut être fissuré?) |
Recyclable (oui ou non) |
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Partie B: Rapport d’essais de densité
pour les échantillons de plastique dans chaque liquide: coule rapidement, coule lentement, flotte sur le dessus, flotte sous la surface
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Numéro en plastique |
1:1 densité éthanol/ eau = 0,94 g /cm3 |
Densité de l’eau = 1,0 g/cm3 |
10% Densité de la solution de NaCl = 1.08 g / cm3 |
Densités Plastiques Relatives:
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Moins de 0.94 g / cm3 |
Moins de 1,0 g/cm3 |
Moins de 1,08 g/cm3 |
Plus de 1,08 g/cm3 |
Classement des densités :
(le plus bas) _______ _______ _______ _______ _______ _______ ( le plus élevé)
Partie C: Balles Rebondissantes en Polymère
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Composition de billes de polymère |
Hauteur approximative rebondie |
Caractéristiques physiques |
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Boule #1: |
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Boule #2 |
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Boule #3 |
Questions
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Lequel des six grands plastiques était le plus flexible?
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Lequel des six Grands plastiques serait le meilleur matériau pour chacun des exemples suivants? Utilisez des noms courts pour identifier chaque plastique (p. ex. PEHD).
un remplacement pour une vitre?
un contenant à emporter pour la nourriture ?
un sac souple et extensible pour transporter des objets ? un bouchon de bouteille léger ? -
Un plastique inconnu flotte dans une solution de NaCl à 10% mais s’enfonce dans l’eau. Quelle est la plage de valeurs de densité possibles de ce plastique? Suggérez la composition de ce plastique.
4. Pourquoi est-il important de déloger les bulles adhérentes dans les tests de densité?
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Le plastique PET (numéro 1) est le plastique de déchets le plus précieux à l’heure actuelle. Suggérer un moyen de le séparer commercialement des autres déchets plastiques.
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Parfois, les récipients en plastique sont fabriqués à partir de deux polymères et non d’un seul. Qu’adviendrait-il du test de densité de l’eau si le PEHD et le PVC étaient mélangés?
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Pourquoi les recycleurs de plastique sont-ils très soucieux d’identifier les différents polymères et de ne pas les mélanger?
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La figure ci-dessous représente la polymérisation du polystyrène (PS). Entourez les monomères d’origine et déterminez le nombre de monomères présents.
9. Le chlorure de polyvinyle (PVC) est composé du monomère de chlorure de vinyle. La structure du monomère et la réaction générale sont représentées à droite.
Dessinez un polymère de chlorure de polyvinyle composé de cinq monomères disposés en tête-à-queue.
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Pour les balles gonflables que vous avez fabriquées, quel est le nom du monomère?
Quel est le rôle de chacun des éléments suivants dans la formation du polymère ?
colle
borax
fécule de maïs
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Quelle balle a rebondi le plus haut? Sur la base de vos données dans le tableau, quel composé était le plus probablement responsable de cela?