Le nylon : bac S Polynésie septembre 2008.

En 1937, W.H. Carothers, de la société Dupont de Nemours, déposait aux Etats-Unis le brevet du nylon. Le nylon est un polyamide obtenu par une réaction chimique appelée polycondensation. C'est une réaction de polymérisation entre motifs monomères avec élimination de petites molécules. Une application industrielle est le " bas nylon " ou " soie synthétique ". Cette fibre est insoluble dans l'eau et les solvants organiques usuels, elle se dissout dans le phénol et fond à 263°C. Elle présente une meilleure élasticité que les fibres naturelles. Le Nylon-6,6 est produit par réaction entre l'hexane-1,6-diamine et l'acide hexanedioïque. Le polymère a pour formule OH - [- CO - (CH2)4 - CO - NH - (CH2)6 - NH-]n - H. Au laboratoire, on utilise le dichlorure d'hexanedioyle au lieu de l'acide. Dans un bécher, on verse avec précaution 10 mL d'une solution de dichlorure d'hexanedioyle en solution à 5% en masse dans le dichlorométhane. Le long d'un agitateur en verre, on fait couler la solution aqueuse d'hexane-1,6-diamine. Il se forme deux phases. On rajoute quelques gouttes de phénolphtaléine. A l'aide d'un crochet, on tire une fibre que l'on enroule autour d'un agitateur. On obtient un fil nylon rose. On effectue un lavage du fil à l'eau puis on le met à l'étuve. espèces chimiques solubilité dans l'eau densité sécurité dichlorure d'hexanedioyle insoluble 1,1 corrosif hexane-1,6-diamine soluble 0,9 corrosif dichlorométhane insoluble 1,3 inflammable Masse molaire ( g/mol) : C : 12 ; H : 1,0 ; O : 16 ; N : 14. Zone de virage de la phénolphtaléine pH 8,2-10 : couleur acide incolore ; couleur basique rose Polymère monomère : Recopier la formule du Nylon-6,6 et entourer le groupe amide. .   Donner la formule semi-développée du monomère hexane-1,6-diamine.   Dans le texte on lit " avec élimination de petites molécules ". Quelle petite molécule est éliminée lorsque le Nylon-6,6 est synthétisé à partir du diacide (acide hexanedioïque) ? H2O. Dans la formule du polymère, n est appelé degré de polymérisation, c'est-à-dire le nombre de fois où le motif se répète dans la macromolécule (n très grand). Il est possible de déterminer la masse molaire du polymère par chromatographie. Rappeler le principe de la chromatographie. La chromatographie est une méthode de séparation et d'identification des constituants d'un mélange. La chromatographie est basée sur la différence de solubilité d'une substance dans deux phases non miscibles : la phase stationnaire liée au support et la phase mobile ou solvant. Plus une substance est soluble dans la phase mobile, plus elle est entraînée par cette phase; inversement, une substance peu soluble dans la phase mobile migre peu. Le motif du polymère étant - [- CO - (CH2)4 - CO - NH - (CH2)6 - NH-] -, calculer sa masse molaire. C12H22O2N2 ; M = 12*12+22+2*16+2*14 = 226 g/mol. On obtient une masse molaire égale à 1,2.105 g.mol-1 pour le Nylon-6,6, calculer dans ces conditions le degré n de polymérisation. n=1,2 105 / 226 = 531 ~ 5,3 102. Synthèse du nylon. A l'aide des données physico-chimiques, expliquer pourquoi les deux solutions ne sont pas miscibles. Cette fibre, le nylon 6-6, est insoluble dans l'eau et les solvants organiques usuels. Le dichlorométhane est insoluble dans l'eau. Justifier l'ordre dans lequel les solutions sont versées. " on verse avec précaution 10 mL d'une solution de dichlorure d'hexanedioyle en solution à 5% en masse dans le dichlorométhane. Le long d'un agitateur en verre, on fait couler la solution aqueuse d'hexane-1,6-diamine." La deuxième solution, moins dense que le dichlorométhane, est ajoutée avec précaution pour former une deuxième phase au dessus.     Pourquoi qualifie-t-on cette polycondensation d'interfaciale ?   La réaction chimique se produit à l’interface entre les deux liquides non miscibles. Dans quel état physique obtient-on la fibre de nylon ? Solide. La solution aqueuse est colorée ainsi que la fibre de nylon. La solution d'hexane-1,6-diamine est-elle acide, neutre ou basique ? La couleur rose de l'indicateur coloré, la phénolphtaléine, indique un milieu basique. Quel est le rôle du lavage ? Quelle opération effectue-t-on dans l'étuve ? Le lavage élimine les impuretés. Dans l'étuve on effectue un séchage de la fibre. Recyclage et rendement. " Le procédé d'ammonolyse développé par Dupont permet de traiter des mélanges de polyamide 6,6 et de polyamide 6. Le cœur du procédé repose sur la dépolymérisation … Le Nylon réagit avec un excès d'ammoniaque entre 300 et 350°C, à des pressions comprises entre 35 et 175 bar en présence d'un catalyseur au phosphate. Les produits obtenus correspondent à un mélange de monomères et d'eau. Le rendement en monomère atteint 18% avec le nylon. Les moquettes ou tapis de sol automobiles récupérés sont triés manuellement afin de conserver uniquement ceux ayant du polyamide et du polypropylène. L'unité de production de l'Ontario devrait traiter 1000 tonnes par an " D'après le site : ademe.fr Quel est le réactif utilisé par l'ammonolyse ? ammoniaque. Pourquoi utilise-t-on un catalyseur ? Le catalyseur augmente la vitesse de la réaction. Quel est l'intérêt de l'évacuation de l'eau ? En éliminant l'un des produits, l'eau, au fur et à mesure qu'il se forme, on déplace l'équilibre dans le sens direct : dépolymérisation. Le rendement est ainsi augmenté. Quelle masse annuelle de monomère l'unité de l'Ontario va-t-elle produire ?  Le rendement est de 18% par rapport au polymère : 1000*0,18 = 180 = 1,8 102 tonnes.

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