Polypropylène

Le polypropylène (ou polypropène) isotactique, de sigle PP (ou PPi) et de formule chimique (-CH₂-CH(CH₃)-)_n, est un polymère thermoplastique semi-cristallin de grande consommation (bouteille, mobilier, etc.). Sa résistance exceptionnelle à la fatigue en fait un matériau de choix pour les pièces qui doivent être déformées (articulation entre un couvercle et une boite par exemple).

Polypropylène isotactique
Identification
Nom UICPA	poly(1-méthyléthylène)
Synonymes	polypropène isotactique, sigle PP (ou PPi)
No CAS	9003-07-0
No ECHA	100.117.813
SMILES	C([C@@H](C)*)* PubChem, vue 3D
Propriétés chimiques
Formule	(C3H6)n
Propriétés physiques
T° transition vitreuse	~−10 °C
T° fusion	145 à 175 °C
Paramètre de solubilité δ	18,8 MPa1/2 (25 °C)[1] ; 16,8 à 18,8 J1/2 cm−3/2[2]
Masse volumique	~0,9 g cm−3
Thermochimie
Cp	équation[3] : ${\displaystyle C_{P}=(31.298)+(7.2449E-2)\times T+(1.9481E-4)\times T^{2}+(-2.1582E-7)\times T^{3}+(6.2974E-11)\times T^{4}}$ Capacité thermique du gaz en J·mol-1·K-1 et température en kelvins, de 90 à 1 500 K. Valeurs calculées : 64,994 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 90 −183,15 39 243 933 184 −89,15 49 952 1 187 231 −42,15 55 948 1 330 278 4,85 62 234 1 479 325 51,85 68 715 1 633 372 98,85 75 303 1 790 419 145,85 81 920 1 947 466 192,85 88 493 2 103 513 239,85 94 957 2 257 560 286,85 101 254 2 406 607 333,85 107 333 2 551 654 380,85 113 153 2 689 701 427,85 118 677 2 820 748 474,85 123 878 2 944 795 521,85 128 734 3 059 T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 842 568,85 133 233 3 166 889 615,85 137 367 3 264 936 662,85 141 140 3 354 983 709,85 144 559 3 435 1 030 756,85 147 640 3 509 1 077 803,85 150 407 3 574 1 124 850,85 152 891 3 633 1 171 897,85 155 130 3 687 1 218 944,85 157 170 3 735 1 265 991,85 159 063 3 780 1 312 1 038,85 160 871 3 823 1 359 1 085,85 162 660 3 866 1 406 1 132,85 164 507 3 909 1 453 1 179,85 166 492 3 957 1 500 1 226,85 168 707 4 009
Propriétés électroniques
Constante diélectrique	2,3 (1 kHz, 25 °C) 2,3 (1 MHz, 25 °C) 2,3 (1 GHz, 25 °C)[4]
Cristallographie
Système cristallin	hélices ; système monoclinique (principalement)
Propriétés optiques
Indice de réfraction	${\displaystyle n_{D}^{20}}$ 1,49[5]
Précautions
SIMDUT[6]
Produit non contrôlé Ce produit n'est pas contrôlé selon les critères de classification du SIMDUT.
Classification du CIRC
Groupe 3 : Inclassable quant à sa cancérogénicité pour l'Homme[7]
Écotoxicologie
DL50	>99 000 mg/kg (rat, i.v.) >110 000 mg/kg (rat, i.p.)[8]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Code d'identification de la résine PP.

Le polypropylène isotactique est une polyoléfine résultant de la polymérisation coordinative des monomères propylène [(CH₂=CH-CH₃)] en présence de catalyseurs, suivant principalement la catalyse de Ziegler-Natta.

Historique

Le chimiste italien Giulio Natta et le chimiste allemand Karl Ziegler obtinrent, en mars 1954, un polypropylène à structure géométrique cristalline régulière^[9]. Natta emploie le terme « isotactique » pour décrire ce polymère. Les chaînes d'un polymère isotactique peuvent se rapprocher les unes des autres pour former un solide ordonné.

Plus tard, il mettra au point des catalyseurs stéréospécifiques permettant l'obtention systématique de tels polymères.

Voir aussi John Paul Hogan et Robert Banks.

Le polypropène syndiotactique (PPs) est industrialisé à partir de 1992.

Propriétés physiques

• Module de Young : 1,1 à 1,6 GPa.
• Retrait : 1 à 2,5 %.

Le polypropylène de grade « injection » est très facilement recyclable ; le PP de grade « film » est au contraire beaucoup plus délicat à recycler, surtout s'il est imprimé.

Le polypropylène est translucide à opaque, hydrophobe, dur, semi-rigide et très résistant à l'abrasion.

Pour augmenter ses propriétés mécaniques, il est courant qu'il soit chargé en fibre de verre, à hauteur de 10 à 30 % en général.

Le polypropylène expansé, de sigle EPP en anglais ou PP-E selon la norme EN ISO 1043-1, est une mousse blanche ressemblant au polystyrène expansé, mais avec une mémoire de forme lui permettant de se déformer sans casser et de conserver sa structure.

Le propylène peut former des homopolymères (polypropylène), des copolymères statistiques ou des copolymères « bloc ». Le comonomère le plus utilisé est l'éthylène pour donner des polyoléfines élastomères comme l'éthylène-propylène (EPR ou EPM) et l'éthylène-propylène-diène monomère (EPDM).

Schéma de la polymérisation.

Représentation d'une chaîne d'un polypropylène isotactique et syndiotactique (de haut en bas).

Variation du module d'un PPi avec la température^[10].

Moulage par injection : schéma de principe et températures.

Selon sa tacticité, le polypropylène peut être :

Grade	Atactique (PPa)	Syndiotactique (PPs)	Isotactique (PPi)
Date de 1re fabrication		1992	1954 : Giulio Natta et Karl Rehn
Polymérisation		Catalyse avec un métallocène	Catalyse de Ziegler-Natta
Taux de cristallinité[11]	Amorphe (~0 %)	Cristallinité moyenne (30 - 40 %)	Cristallinité élevée (70 - 80 %)
Densité	0,85 à 0,90	0,89 à 0,91	0,92 à 0,94
Température de fusion (F)	Aucun	130 °C (pour une cristallinité de 30 %) à 150 °C	171 °C pour un PP parfaitement isotactique. 160 à 166 °C pour les grades commerciaux.
Température de transition vitreuse (Tv)[12]	−6 °C	−4 °C	−18 °C
Intérêt	Affichent une faible résistance mécanique et présentent peu d'intérêt industriel	Peu nombreux	Courants

Applications

On trouve de nombreuses pièces moulées en polypropylène pour la construction automobile, notamment les pare-chocs, les tableaux de bord, l'habillage de l'habitacle et les réservoirs d'essence et de liquide de frein. Le polypropylène est souvent utilisé pour les emballages alimentaires pour sa résistance à la graisse (ex. : emballages de beurre) et son aspect brillant. Il est également utilisé pour la fabrication de tissus d'ameublement, de vêtements professionnels jetables (combinaisons de peinture, charlottes, masques chirurgicaux, etc.), de sacs tissés à haute résistance, de géotextiles et de géomembranes ; on le trouve aussi sous forme de fibres dans les cordages et les tapis synthétiques. Des pailles à boire sont également fabriquées en polypropylène.

En longueur nominale de 6 à 18 mm, la fibre de polypropylène est l'adjuvant idéal au béton pour diminuer le retrait plastique, les fissurations et les lézardes, et augmenter les propriétés de surface. Les fibres ne remplacent pas le renforcement structurel traditionnel en acier ou les procédés habituels de bonne prise du ciment, mais il est très souvent possible de remplacer les treillis par ces fibres.

Plusieurs pays ont émis des billets de banque en polypropylène, dont le Canada, Singapour, l'Australie, le Mexique et Israël^[13].

Pour l'alléger tout en renforçant sa rigidité, il peut être moulé comme du carton ondulé ; appelé polypropylène alvéolaire (PPA). Il peut aussi avoir une structure en nid d'abeille (honeycomb en anglais).

Le polypropylène expansé est utilisé en aéromodélisme pour construire les petits modèles (moins d'un mètre d'envergure). Grâce à ses propriétés mécaniques (légèreté, souplesse et mémoire de forme), il permet de créer des modèles très résistants aux chocs, et faciles à réparer (collage rapide à la colle cyanoacrylate).

Dans les domaines de l'électrotechnique et de l'électronique (en particulier l'électronique de puissance), le polypropylène a de nombreuses applications. Par exemple comme isolant dans les transformateurs, pour les gaines des fils et câbles et en tant que diélectrique de condensateurs à films plastiques et de condensateurs de puissance^[14].

Avantages et inconvénients

Polluants atmosphériques produits lors de la fabrication du polypropylène (PP). Diagrammes pour le CO (monoxyde de carbone) et les COV (composés organiques volatils).

Le polypropylène présente de nombreux avantages : il est bon marché, alimentaire (inodore et non toxique), indéchirable, très résistant à la fatigue et à la flexion (fabrication de charnières), très peu dense, chimiquement inerte, stérilisable et recyclable. C'est de plus un excellent isolant électrique, qui est une alternative à l'utilisation du PVC pour la fabrication de câbles à faible fumée.

Par contre, il est fragile (cassant) à basse température (car sa température de transition vitreuse (T_v) est proche de la température ambiante), sensible aux UV, moins résistant à l'oxydation que le polyéthylène et difficile à coller.

La résilience du polypropylène peut être améliorée en malaxant du PPi avec les élastomères EPR ou EPDM.

Sa production en masse est source d'impacts environnementaux et de consommation de pétrole, ainsi que d'émission de gaz à effet de serre. Son impression ou certains additifs (fibres, ignifugeants — les métaux lourds sont interdits depuis quelques années) peuvent rendre son recyclage difficile ou impossible de manière rentable.

Les progrès de l'écoconception dans la plasturgie pourraient faciliter le tri et le recyclage de ce matériau, cependant ce dernier point ne peut être attesté en 2022.

Commerce

En 2014, la France était exportatrice de polypropylène (homo- et copolymère).

Volume d'échange moyen (tonnes par mois)^{[réf. nécessaire]}

Type	Import	Export
Copolymère	26 819	42 455
Homopolymère	33 265	44 800

En 2014, le prix moyen observé de l'homopolymère est de 1 300 €/t^[15].

Notes et références

1. (en) James E. Mark, Physical Properties of Polymer Handbook, Springer, 2007, 2^e éd., 1076 p. (ISBN 978-0-387-69002-5 et 0-387-69002-6, lire en ligne), p. 294.
2. (en) Jozef Bicerano, Prediction of polymer properties, New York, Marcel Dekker, 2002, 3^e éd., 746 p. (ISBN 0-8247-0821-0), p. 196.
3. (en) Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams : Organic Compounds C8 to C28, vol. 1, Huston, Texas, Gulf Pub. Co., 1996, 396 p. (ISBN 0-88415-857-8).
4. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90^e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-4200-9084-0).
5. (en) J. G. Speight, Norbert Adolph Lange, Lange's handbook of chemistry, McGraw-Hill, 2005, 16^e éd., 1623 p. (ISBN 0-07-143220-5), p. 2.807.
6. « Polypropylène » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009.
7. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Évaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 3 : Inclassables quant à leur cancérogénicité pour l'Homme », sur monographs.iarc.fr, CIRC, 16 janvier 2009 (consulté le 22 août 2009).
8. (en) « Polypropylène », sur ChemIDplus (consulté le 8 février 2009).
9. (en) Peter J. T. Morris, Polymer Pioneers, Chemical Heritage Foundation, 2005, p. 76.
10. Variation mettant en évidence la chute brutale du module de ce polymère semi-cristallin à l'approche de la température de fusion.
11. (de) Gottfried W Ehrenstein, Polymer-Werkstoffe : Struktur : Eigenschaften : Anwendung ; mit 22 Tabellen, München Wien, Hanser, coll. « Studientexte Kunststofftechnik », 1999, 262 p. (ISBN 978-3-446-21161-2 et 3-446-21161-6, OCLC 76027914) (Google Livres).
12. D.W. van Krevelen et Klaas te Nijenhuis, Properties of Polymers, 4^e éd., 2009.
13. Cécile Prudhomme, « Comme une vingtaine de pays, Hongkong adopte le billet en plastique », Le monde.fr,‎ 17 juillet 2007 (lire en ligne , consulté le 6 mai 2022)
14. « Répertoire des condensateurs pour électronique de puissance » [PDF].
15. « Indicateur des échanges import/export », sur Direction générale des douanes. Indiquer NC8=39021000 (consulté le 7 août 2015).

Articles connexes

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