Chimie

Fabrication de polyéthylène


Vous avez du mal à comprendre l'unité Fabrication de polyéthylène ? Ensuite, il vous manque peut-être les bases suivantes :

Polyéthylène30 minutes.

ChimieChimie macromoléculairePolymères

Les divers plastiques fabriqués à partir d'éthène sont parmi les plastiques les plus produits de tous. L'unité d'apprentissage définit les différents types de polyéthylène, explique leurs propriétés et leur utilisation.

Polymérisation en solution5 minutes

ChimieChimie macromoléculaireProcessus de polymérisation

Dans la polymérisation en solution, un monomère qui est soluble dans les solvants (eau ou solvants organiques) est converti en un polymère qui est également soluble dans le solvant respectif. L'unité d'apprentissage explique la polymérisation en solution avec ses avantages et ses inconvénients.

Polymérisation en vrac5 minutes

ChimieChimie macromoléculaireProcessus de polymérisation

La polymérisation en masse d'un monomère pur représente théoriquement le procédé le plus simple avec le moins de contamination du produit, c'est une polymérisation du monomère avec un initiateur sans solvant. La polymérisation en masse est également appelée polymérisation en masse. L'unité d'apprentissage décrit la polymérisation en masse et explique les différences avec les autres procédés.


Autre contenu intéressant sur le sujet

Température

Peut-être que le sujet de la température (cinétique : tout sur la vitesse de réaction) de notre cours en ligne est aussi pour vous Chimie physique Intéressant.

Enthalpie

Peut-être que le sujet enthalpie (thermodynamique chimique) de notre cours en ligne est aussi pour vous Chimie physique Intéressant.

Acides et bases forts

Peut-être que le sujet des acides et bases forts (principe donneur-accepteur) de notre cours en ligne est aussi pour vous Chimie inorganique Intéressant.


Loi sur les substances dangereuses et bases en physique / chimie comme base

Notions de base en physique et chimie

La structure atomique contribue de manière significative à la réactivité d'un élément chimique. Sa position dans le tableau périodique permet de tirer des conclusions sur les propriétés et la réactivité

Les bases de la thermodynamique et de la physique atomique et nucléaire fournissent des informations sur la formation de chaleur de réaction, les températures de mélange et la stabilité des composés chimiques

Loi sur les substances dangereuses

Cela inclut la classification et l'étiquetage selon les dispositions du règlement CLP [VO (CE) n° 1272/2008. Mais aussi l'Ordonnance sur les substances dangereuses et l'Ordonnance sur l'interdiction des produits chimiques. Ces ordonnances contiennent des interdictions de mise sur le marché de certaines substances, mélanges et produits dangereux - ainsi que des interdictions spéciales de production et d'utilisation dans l'ordonnance sur les substances dangereuses


Fabrication de polyéthylène - chimie et physique

L'hexacyanidoferrate de potassium (|||), également connu sous le nom de sel de liqueur de sang rouge, peut être fabriqué en laboratoire à l'aide d'hexacyanidoferrate de potassium (||), de sel de liqueur de sang jaune et de peroxyde d'hydrogène. On utilise l'oxyde (voir- & gt http://scientiaphysikchemie.de.tl/Oxidation.htm). Le terme vient de l'alchimie. Ils chauffaient le sang avec des os, de la corne et d'autres substances protéiniques en présence de potasse.

Le sel est utilisé comme agent oxydant doux dans les synthèses organiques. Il est utilisé en analyse pour détecter les ions fer (II). Cela crée le soi-disant bleu de Berlin (voir ici- & gt http://scientiaphysikchemie.de.tl/Kaliumhexacyanidoferrat-L.oe.sung.htm

Prendre 2 spatules d'hexacyanidoferrate de potassium (||) et ajouter 30 ml de peroxyde d'hydrogène. Maintenant, l'hexacyanidoferrate de potassium (||) commence à s'oxyder. Prenez le bec Bunsen ou le brûleur à alcool et faites-le chauffer. Vous pouvez voir une solution visiblement plus rapide du sel de liqueur de sang jaune. À un moment donné, une mousse se formera et se soulèvera. Avant que la mousse n'atteigne l'extrémité du tube à essai, retirez-la et laissez-la refroidir. Une fois refroidi, réchauffez-le à nouveau jusqu'à ébullition. Prenez maintenant un récipient plat ou une boîte de Pétri et versez-y la solution. Maintenant, vous attendez que tout se soit évaporé et vous pouvez voir des cristaux rouges entre des cristaux jaunes. C'est le sel de liqueur de sang rouge.


Fabrication de polyéthylène - chimie et physique

Introduction : les plastiques comme matériaux macromoléculaires

Expériences : Preuve de la nature organique par carbonisation ou chauffage d'une poudre plastique avec de l'oxyde de cuivre (II) et preuve du dioxyde de carbone avec de l'eau de chaux.

Référence au caractère macromoléculaire : viscosité d'une solution plastique

Staudinger a postulé l'existence de macromolécules en 1920 (Prix Nobel seulement 1953)

Le caoutchouc naturel n'a pris une importance technique qu'après la découverte de la vulcanisation (Goodyear 1839)

(Corne artificielle) à base de caséine précipitée avec de la présure - réticulée avec du méthane

Nitrocellulose - celluloïde

Risque d'incendie! Production par nitruration de cellulose (expérimentation)

Résine synthétique phénol-formaldéhyde (à l'origine comme substitut de l'ivoire)

- Matériel de démonstration - pétrole brut comme matière première

Les plastiques en concurrence avec les substances naturelles ?

Les macromolécules naturelles peuvent servir de modèles pour la production artificielle de macromolécules : cellulose, amidon, chitine

Blocs de construction à faible poids moléculaire (Monomères) les au moins deux groupes réactifs contenir (ou au moins une double liaison réactive) peut à travers de multiples réactions aux macromolécules (Polymères) peut être lié.

Produits pétrochimiques comme matières premières

Distillation fractionnée

La séparation des constituants du pétrole dans une colonne à distiller selon différents points d'ébullition délivre

La répartition quantitative des produits ne correspond pas au besoin = & gt conversion nécessaire.

Processus de crack

Les hydrocarbures à longue chaîne sont décomposés en hydrocarbures plus courts.

Le craquage thermique de l'essence fournit les matières premières chimiques importantes, l'éthylène et le propène.

Autres procédés : craquage catalytique et hydrocraquage

Réforme

Isomérisation pour former également des alcanes à chaîne ramifiée et des cycloalcanes

Déshydrogénation (séparation de l'hydrogène) avec formation d'aromatiques :

L'éthène comme matière première pour les synthèses organiques :

Synthèse par polyréactions (polymérisation, polycondensation, polyaddition)

Dans le Polymérisation les composés insaturés s'assemblent pour former des macromolécules avec l'établissement de la double liaison.

Exemple : styrène (monomère) - & gt polystyrène

Expérience : Dépolymérisation du polyméthacrylate de méthyle (= Plexiglas) et détection de la double liaison

- Coloration brune de la solution alcaline de permanganate

Mécanisme de polymérisation radicalaire

Expérience : Polymérisation du styrène

La polymérisation des monomères peut être déclenchée par des radicaux. Le radical se combine avec une molécule insaturée, par exemple le styrène, qui devient alors lui-même un radical.

(Comparaison du principe de la main libre avec des couples de danseurs)

1. Démarrer la réaction : formation de radicaux

par exemple les peroxydes organiques comme démarreurs Exemple : le peroxyde de dibenzoyle

2. Réaction de croissance : Le nouveau radical réagit avec une autre molécule de styrène, etc. Une chaîne carbonée est créée qui est maintenue ensemble par des liaisons atomiques :

3. Réactions de terminaison : union de deux radicaux (recombinaison) ou formation d'alcane et d'alcène par transition d'un atome d'hydrogène :

Polymères techniquement importants

Monomères Polymères
Éthène PE de polyéthylène
Propène Polypropène PP
Styrène PS polystyrène
Chlorure de vinyle Polychlorure de vinyle PVC
Acrylonitrile Polyacrylonitrile PAN
Ester d'acide méthacrylique Ester d'acide polyméthacrylique PMMA
Tétrafluoroéthylène Polytétrafluoroéthylène PTFE

Polycondensation

Dans le Polycondensation les monomères avec au moins deux groupes fonctionnels sont combinés pour former des macromolécules avec l'échappement d'une petite molécule, généralement de l'eau

Exemples d'options de lien :

Liaison amide et liaison ester :

Amine acide carboxylique amide (peptide)

Ester d'alcool d'acide carboxylique

Expérience : Production de nylon 6,6 par condensation interfaciale de dichlorure d'acide hexanedicarboxylique avec le 1,6-diamino-hexane :

Synthèse technique du nylon 66 à partir du sel AH : acide adipique + hexaméthylènediamine

Perlon (= nylon 6) de H2N- (CH2)5-COOH sur caprolactame

Expérience : Production d'un polyester à partir de glycérine et d'acide benzène-1,2-dicarboxylique (= acide phtalique)

Mode opératoire : 3 g d'anhydride phtalique et 3 ml de propanetriol sont ajoutés à un Rg. Le verre n'est pas fixé complètement perpendiculairement au trépied et chauffé sur une petite flamme pendant environ 20 minutes. Résultat : la masse initialement fine devient épaisse. Il se solidifie en refroidissant.

à partir de glycol et d'acide benzène-1,4-dicarboxylique (= acide téréphtalique)

polyester insaturé (par exemple pour les matériaux renforcés de fibres de verre) par exemple à partir d'acide maléique + deux w. Alcool - & gt polyester linéaire insaturé - réticulation avec du styrène

Phénoplastes et aminoplastes

Expérience : Synthèse d'une résine phénolique

Ajouter la moitié de la solution de méthanol au résorcinol, ajouter 10 gouttes de solution d'hydroxyde de sodium diluée, mélanger, attendre, éventuellement réchauffer légèrement (attention !). Une masse solide rouge-brun est créée

Explication : Le méthane attaque électrophile le phénol en position o et p avec formation d'un composé hydroxyméthylène trifonctionnel - liaison des blocs de construction du phénol avec élimination de l'eau avec formation de ponts méthylène - réticulation tridimensionnelle - & gt duroplast

Expérience : Synthèse d'une résine d'urée

Couvrir 3 cm de haut d'urée avec une solution de méthanol à 35% (= formol), chauffer jusqu'à dissolution de l'urée - 3 gouttes de conc. Ajouter de l'acide chlorhydrique (attention !). Après un court laps de temps, la résine d'urée se sépare en une masse blanche solide.

Polycarbonate (par exemple CD) à base de phosgène et d'un diol (par exemple bisphénol A)

L'hydrolyse du diméthyldichlorosilane (et du méthyltrichlorosilane) forme le silanol correspondant, qui forme du silicone par élimination d'eau (polycondensation) :

Polyaddition

Polyaddition: Formation de macromolécules par liaison de monomères multifonctionnels sans fuite d'eau, mais migration d'un proton à chaque étape de réaction.

Alcool isocyanate uréthane

Addition d'alcools multifonctionnels (par exemple glycol) avec des isocyanates multifonctionnels :

Expérience : Production d'un champignon en mousse de polyuréthane

La mousse est créée en ajoutant de l'eau au composant d'alcool. L'eau réagit avec l'isocyanate en développant du CO2, ce gaz gonfle le plastique en formation :

Autre exemple : le polyoxyméthylène par polyaddition de méthane

Structure et propriétés (Pr) : thermoplastique, duroplastique, élastomère

Expériences : Comportement des thermoplastiques et thermodurcissables lorsqu'ils sont chauffés

Thermoplastiques : devient plastique lorsqu'il est chauffé et peut être déformé

Seules des forces mineures agissent entre les fils moléculaires. Les fils moléculaires, qui sont emmêlés mais non connectés les uns aux autres, peuvent se détacher les uns des autres par des vibrations thermiques. Ils peuvent donc se déformer lorsqu'ils sont chauffés.

Élastique: La forme revient à son état d'origine après étirement, même à haute température.

Exemples : caoutchoucs naturels et synthétiques

Explication : Les chaînes moléculaires sont liées de manière covalente à certains endroits, elles ne peuvent donc pas se séparer complètement les unes des autres, mais la balle essaie toujours de revenir à son état d'origine, même si elle a été beaucoup étirée.

/ * Caoutchouc naturel et synthétique

La vulcanisation transforme le caoutchouc aux propriétés majoritairement plastiques en un caoutchouc aux propriétés majoritairement élastiques. Ceci est réalisé par réticulation : chauffage avec 3 - 5 % de soufre - & formation de ponts gt (avec une teneur en soufre plus élevée du caoutchouc dur est formé !) :

Fabriqué à partir de diméthylsiloxane. Avantages : Résistance à la température jusqu'à 200°C, résistance au vieillissement. Inconvénient : un peu moins d'élasticité

Thermodurcissables : Plastiques durs et rigides qui ne deviennent ni plastiques ni liquides lorsqu'ils sont chauffés.

Explication : L'élasticité est perdue en raison de la mise en réseau étroite via de nombreuses connexions croisées. Les oscillations thermiques sont largement bloquées. Le plastique ne peut plus être déformé une fois qu'il a complètement durci.

Structure des thermoplastiques

Polyéthylène PE : partiellement cristallin

Des sections amorphes (d'ordre partiellement cristallin) se situent entre les zones cristallines. Les zones cristallines ont une résistance élevée, l'élasticité désordonnée. Le PE combine donc résistance et élasticité résiliente. Le plastique apparaît laiteux, car les zones cristallines et amorphes diffèrent par leur densité et leur indice de réfraction.

polystyrène PS : chaînes latérales encombrantes

- & gt grand groupe phényle entrave fortement la mobilité des fils moléculaires - donc cristallise à peine - PS est dur et cassant et limpide - en raison de sa faible température de ramollissement, il convient aux mousses

Chlorure de polyvinyle PVC : forces dipolaires

- & gt cohésion supplémentaire - température de ramollissement plus élevée - fondre avec une ténacité semblable à celle du caoutchouc, car les chaînes sont intrinsèquement mobiles, mais les dipôles ne sont pas inefficaces.

Comportement aux solvants : résistant aux solvants non polaires (hydrocarbures) et fortement polaires, par contre gonflant dans les solvants à caractère dipolaire moyen. Principe : Une substance peut être séparée par les mêmes forces qui la rendent cohésive.

Plastifiants : Le PVC devient élastique comme du caoutchouc grâce à l'incorporation de molécules de plastifiant. Les plastifiants sont, par exemple, des esters à faible volatilité d'acides polybasiques (acide phtalique) avec des alcools à longue chaîne (décanol).

Au cours de ce processus de ramollissement, les ensembles rigides dipôle-dipôle sont séparés et reliés à nouveau par des dipôles plastifiants mobiles (effet de blindage et de charnière).

Les plastifiants peuvent être facilement extraits, le PVC souple est donc sensible aux solvants.

Expérience : Retrait du plastifiant du PVC souple

Mode opératoire : Une bande de PVC souple est secouée dans du méthanol chaud qui a été changé plusieurs fois, puis séchée entre papier filtre.

Résultat : le PVC souple traité au méthanol est nettement plus cassant qu'une pièce de comparaison non traitée.

/ * Fabrication de fibres synthétiques :

Processus de filage à l'état fondu : Le polymère est fondu et pressé à travers des filières sous haute pression. Il se solidifie en fils minces lorsqu'il refroidit

Processus de filage humide : Le solvant est dissous dans l'eau

Expérience : Représentation de fils en polyacrylonitrile

Mode opératoire : Une solution de filage à environ 8 % est préparée en dissolvant 0,5 g de polyacrylonitrile dans 5 ml de diméthylformamide dans un Rg. Cette solution est pressée dans un récipient rempli d'eau à l'aide d'une seringue à injection dont l'aiguille ne doit pas être trop étroite.

Résultat : La solution se solidifie en un fil lorsqu'elle sort de la canule, qui est saisie et soigneusement retirée. Étant donné que les conditions de test diffèrent considérablement des spécifications du processus technique, le fil a une résistance insuffisante. Il ne peut pas non plus être étiré.

Processus de filage à sec : La solution est pressée dans un espace de gaz chaud

Expérience : Étirement d'un film PE : Les fils moléculaires préalablement enchevêtrés et enchevêtrés sont disposés en parallèle.

Texturation: La fibre auparavant lisse est bouclée duveteuse

Réglage de la chaleur : formation à haute température, reste en permanence lorsqu'il se refroidit, par exemple les rides

Échangeur d'ions contiennent des groupes échangeables liés à des supports solides (= Groupes d'ancrage). Les contre-ions B remplacent les contre-ions A.

Par type de Contre-ions une distinction est faite cations- et Échangeur d'anions

fortement acide : groupe acide sulfonique -SO3H

légèrement acide : groupe OH phénolique

faiblement basique : groupe amino -NH2

fortement basique : groupe trialkylamine -NR3 +

Dessalement complet de l'eau en connectant un cation et un échangeur d'anions en série - et les cations gt sont échangés contre des protons, des anions contre des ions hydroxyde, les deux se combinent pour former de l'eau.

Si la charpente polyélectrolytique dans un échangeur de cations est chargée d'ions oxonium, les ions oxonium peuvent être échangés contre des cations dans la solution qui s'écoule en cas de réaction neutre.

Si tous les contre-ions A ont été remplacés par des contre-ions B, la capacité d'échange de l'échangeur d'ions est épuisée et il doit être régénéré.

Régénération de l'échangeur de cations épuisé avec des acides, un échangeur d'anions épuisé avec des alcalis.

Tourbe de sphaigne comme échangeur d'ions - tourbière surélevée

Tâches sur la chimie des plastiques

* Qu'est-ce qu'un plastique ?

** Quelles exigences structurelles les monomères doivent-ils avoir pour que des macromolécules en réseau spatial puissent apparaître ?

*** Lors de la polymérisation d'un monomère de type CH2= CH-X, des chaînes polymères ramifiées apparaissent également. Réfléchissez à un mécanisme d'origine possible.

*** Monomères de type CH2= CH-X peut également être polymérisé en ajoutant des acides (donneurs de protons). Représentez le début et la réaction de croissance avec des formules structurelles.

** Les formules structurelles suivantes montrent des sections de molécules plastiques. Donner les formules structurales et les noms des monomères et indiquer le type de polyréaction.

Le polystyrène est produit à partir du styrène par polymérisation

a) Établir le mécanisme de réaction avec les formules structurales de cette réaction.

b) Le peroxyde de dibenzoyle est utilisé comme initiateur de la polymérisation. Pourquoi l'expression souvent utilisée « le peroxyde de dibenzoyle agit comme un catalyseur » est-elle incorrecte ?

c) Pourquoi le polystyrène ne fond-il pas à une certaine température ?

d) Le styrène polymérise après une longue période dans la bouteille de stockage, même sans ajouter de starter. Réfléchissez à la façon dont cela est possible.

e) Quelle influence l'ajout de p-divinylbenzène CH a-t-il sur la structure et les propriétés du polystyrène ?2= CH-C6H4-CH = CH2 au styrène avant polymérisation ?

f) Quelle influence une augmentation de la concentration de starter a-t-elle sur la structure et les propriétés du polystyrène ?


Le domaine d'études en un coup d'œil

  • technologie de processus est avant tout une technique de conversion de matériaux. Ici, les processus physiques (en particulier mécaniques et thermiques), chimiques et biologiques des systèmes et procédures techniques sont examinés, modélisés et optimisés.
  • les Technologie chimique et pharmaceutique cependant, concentrez-vous sur les processus chimiques, biologiques et physiques et les méthodes de conversion des matériaux. Des exemples sont la conversion du sucre en alcool, de l'éthylène en polyéthylène ou le mélange ou la séparation physique de substances dans la fabrication de médicaments. Outre la fabrication de produits industriels, la protection de l'environnement, la technologie de recyclage et le développement de processus de production durables (c'est-à-dire dans ce cas : préservant les ressources) font également partie des domaines d'application du génie chimique.
  • les biotechnologie ou la bio-ingénierie traite de la question de savoir si et comment les plus petits organismes ou leurs composants peuvent être utilisés dans des applications techniques, telles que les bactéries comme réserves d'énergie, les enzymes comme accélérateurs dans les processus de fabrication ou les outils de génie génétique

L'ingénierie mécanique et les technologies de fabrication chevauchent l'ingénierie chimique et l'ingénierie des procédés, ces dernières se concentrant davantage sur les processus de production qui relient les composants et moins sur le traitement des matières premières.

Offre de cours

Des diplômes de licence et de maîtrise dans ce domaine sont disponibles dans les universités et les collèges techniques. Génie des procédés Le génie chimique et la biotechnologie sont également proposés en combinaison dans certains cas. Il existe également un certain nombre de cours avec des noms différents mais des sujets connexes.

Contenu du cours

En licence, les modules véhiculent les bases scientifiques et techniques : mathématiques, physique, biologie, chimie inorganique et organique, mécanique, sciences des matériaux et plastiques, thermodynamique, mécanique des fluides, informatique, dessin mécanique et CAO. En outre, il y a une introduction générale à la production en génie des procédés.

Viennent ensuite des modules (éventuellement uniquement en master) dans des domaines spécifiques : génie des procédés, génie des bioprocédés, chimie technique, génie des installations et appareils, dynamique et contrôle des procédés, conception de procédés, mathématiques numériques, transfert de chaleur et de masse.

Lorsque vous étudiez dans une université de sciences appliquées, l'accent est généralement mis sur la transmission de connaissances en génie des procédés. Ceux-ci reçoivent une spécialisation dans les domaines de l'ingénierie des procédés et des installations, de la technologie des réactions, de la chimie industrielle, de la sécurité et de la technologie environnementale.

Dans certains cas, une concentration accrue sur les applications dans des domaines et des industries tels que les cosmétiques, les produits pharmaceutiques ou la technologie des procédés ou des matériaux naturels, l'environnement et la biotechnologie, l'ingénierie de la peinture ou la chimie textile est possible.

Critères d'admission et candidature à l'étude

Selon les universités, un stage de pré-études est parfois nécessaire.

Opportunités de carrière après l'obtention du diplôme

Les possibilités d'emploi pour les ingénieurs en génie des procédés et en génie chimique ou en biotechnologie existent principalement dans :


La fabrication de puces à ADN

Une part de plus en plus importante de la recherche post-génomique sont des puces à ADN ou des puces à ADN (voir photo), à la fabrication et à l'utilisation desquelles la chimie a apporté une contribution décisive et doit continuer à le faire. Cet article donne un aperçu des méthodes actuelles de production des puces à ADN.

Résumé

Le développement des puces à ADN est actuellement l'un des domaines les plus actuels de la recherche biologique. Ils sont principalement utilisés pour l'analyse des acides nucléiques, notamment pour évaluer quels gènes sont exprimés en quelle quantité. Puisque les premières puces à ADN ont été fabriquées à l'aide de procédés photolithographiques, qui sont par ailleurs utilisés pour fabriquer des circuits intégrés (« puces informatiques »), le terme « puce à ADN » est souvent utilisé. La prochaine étape importante du décodage des séquences du génome de l'homme et de nombreux autres organismes afin de comprendre le rôle de l'ADN dans les processus de la vie nécessite des recherches sur le fonctionnement des gènes. Les puces à ADN sont un excellent outil pour cela car leurs nombreux emplacements de sondes permettent d'analyser de nombreux gènes en même temps. Sur la base de l'expérience positive de cette première utilisation, d'autres applications pour les puces à ADN sont en cours de développement, notamment le génotypage dans la recherche et le diagnostic génétique en médecine. Les puces à ADN ont clairement démontré la puissance du parallélisme en analyse biologique, si bien que l'intérêt pour d'autres puces (petites molécules, protéines) est croissant. De nombreuses applications pour les puces à ADN ont été développées, et la créativité des scientifiques qui les utilisent en fera sans aucun doute bien d'autres. Pour les premières investigations, les utilisateurs ont fabriqué leurs propres puces à ADN. Cependant, les performances apparentes des puces à ADN ont nécessité des méthodes de fabrication améliorées, et des méthodes issues de la physique et de l'ingénierie sont désormais appliquées aux puces à ADN. De nombreux domaines de la chimie peuvent contribuer au développement de nouvelles méthodes améliorées : de la chimie synthétique, qui est utilisée pour lier ou produire de l'ADN, à la chimie physique des surfaces, à la chimie analytique pour évaluer les réactions sur les surfaces.


Vidéo: Fabrication des mocassins (Janvier 2022).