Polystyrène

Polystyrène
Image illustrative de l’article Polystyrène
Identification
Nom UICPA poly(1-phényléthylène)
No CAS 9003-70-7
No ECHA 100.105.519
Propriétés chimiques
Formule (C8H8)n
Propriétés physiques
T° transition vitreuse 95 °C
Paramètre de solubilité δ 18,72 MPa1/2 (35 °C)
Masse volumique 1,06 g·cm-3
Propriétés électroniques
Constante diélectrique 2,6 (1 kHz, 25 °C)
2,6 (1 MHz, 25 °C)
2,6 (1 GHz, 25 °C)
Propriétés optiques
Indice de réfraction n 20 {\displaystyle n_{}^{20}}  1,57–1,60
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
modifier Consultez la documentation du modèle
Code d'identification de la résine PS.Le polystyrène est inflammable. Un pot de yaourt Rénovation énergétique : immeuble isolé par l'extérieur (ITE) au moyen de panneaux en PSE graphité. Utilisation du PSE comme matériau d'emballage. Caisses-marée au pavillon des produits de la mer du marché international de Rungis.

Le polystyrène (sigle PS), sagex (Suisse), styromousse (Canada) ou frigolite (Belgique) est le polymère de formule -(CH2-CH(Ph)n-, obtenu par polymérisation du monomère styrène CH2=CH-Ph.

Caractéristiques

L'application connue du grand public est le polystyrène expansé, souvent nommé mousse de polystyrène, styromousse ou frigolite et très couramment utilisé en emballage. C'est une sorte de matériau composite particulier, une matrice plastique rigide, emprisonnant de toutes petites bulles de gaz en grande quantité. Mais ce matériau n'est qu'un des aspects de ce plastique ; on le trouve aussi souvent non expansé, dense, rigide, transparent et peu épais, mais aussi d'autres formes d'expansé ou mélangé avec d'autres plastiques et additifs.

Ses formes courantes sont :

Le polystyrène de base, appelé PS « cristal » pour son aspect transparent, est une matière dure et cassante, pouvant être colorée. Ses propriétés mécaniques et thermiques peuvent être modifiées par l'ajout de plastifiants ou de butadiène (monomère du polybutadiène) pour en faire un polystyrène dit « choc ». C'est un matériau très facile à transformer, par injection ou extrusion par exemple.

D'une manière pratique, on le reconnaît à son côté cassant avec un blanchissement sur les zones de contraintes. La façon la plus simple de reconnaître un plastique est de le brûler pour observer la flamme, la fumée, et en sentir l'odeur ; ce qu'il vaut mieux éviter étant donné la toxicité des gaz lors de la combustion de certains plastiques. Le polystyrène est facilement reconnaissable à sa fumée noire et à son odeur caractéristique. On peut également le distinguer au bruit métallique qu'il produit en subissant un choc, par exemple en tombant sur une surface dure.

Le polystyrène, outre son côté cassant, souffre aussi d'une faible résistance chimique et d'une faible résistance à la fissuration sous contrainte (ESCR). L'acétone le dissout très facilement, les corps gras le fragilisent rapidement.

Le polystyrène est le plus commun de la famille des polymères styréniques. Cette famille contient les différents copolymères du styrène : styrène-butadiène (SBR), styrène-acrylonitrile (SAN), acrylonitrile butadiène styrène (ABS), acrylonitrile styrène acrylate (ASA), etc.

Les copolymères du type styrène-butadiène (SBC) permettent d'augmenter la résistance au choc en gardant la transparence. La teneur en butadiène est plus élevée que dans un PS choc et le mode de polymérisation est différent. Ces copolymères sont utilisés soit seuls, soit en mélange avec le polystyrène cristal. Ces mélanges PS cristal et SBC sont communs en extrusion.

Le polystyrène cristal est toutefois extrudé seul dans des unités d'orientation pour former des feuilles d'OPS ou BOPS ((biaxially) oriented polystyrene, polystyrène (bi)orienté). Cette orientation se fait avec des grades de PS cristal à haute masse molaire, dans des unités d'orientation en sens machine puis sens transverse ; elle confère une meilleure tenue mécanique à la feuille ainsi obtenue.

Le polystyrène ordinaire n'est pas biodégradable (enfoui, on lui prédit une durée de vie d'environ 500 ans). Il existe maintenant un grade capable de se décomposer en moins d'un an.

Le polystyrène se recycle facilement par granulation, dissolution ou reprécipitation. Son code d'identification est le no 6.

Selon sa tacticité, le polystyrène peut être :

Atactique (PS-a) Syndiotactique (PS-s) Isotactique (PS-i)
Taux de cristallinité Amorphe Moyen Élevé
Température de fusion Non 270 °C 240 °C
Température de transition vitreuse (Tv) 100 °C 105 °C 87 °C
Produit commercial Oui Peu Non
Première fabrication 1985 : N. Ishihara (Idemitsu Kosan) 1955 : Giulio Natta
Type de polymérisation Radicalaire en masse, en suspension, etc. Coordinative, par catalyse avec un métallocène Coordinative, par catalyse de Ziegler-Natta
Caractéristiques principales Thermoplastique amorphe, transparent et cassant Thermoplastique opaque
Applications Polystyrène standard ou cristal Plastiques techniques

Synthèse

Le polystyrène est issu de la pétrochimie. Il est obtenu par polymérisation du styrène ; la réaction se produit dans un autoclave.

Le polystyrène expansé (PSE, (en) EPS) est obtenu par mélange d'un gaz et de PS cristal. Avant les préoccupations pour la couche d'ozone, on utilisait le fréon, un gaz CFC (chlorofluorocarboné), remplacé depuis les années 1990 par du butane ou du pentane. Des transformateurs introduisent les perles de PS cristal dans des pré-expanseurs. Sous l'action de la température et de la pression de vapeur d'eau, le gaz d'expansion les fait gonfler jusqu'à cinquante fois leur volume initial. Les perles, expansées et stabilisées, sont ensuite introduites dans des moules en forme de blocs pour une découpe ultérieure en panneaux ou directement à la forme de la pièce finie. Là, à nouveau sous l'effet de la température et de la pression de vapeur d'eau, les perles expansées s'agglomèrent en une pièce moulée.

Le mélange sous forme de plaques ou feuilles peut être directement extrudé pour faire des isolants de plus haute densité. On parle de polystyrène extrudé (PSX, (en) XPS). Ces plaques ou feuilles peuvent être thermoformées.

Le PS peut également être façonné par injection et des pièces moulées comme des gobelets transparents ou des boîtiers de DVD sont obtenues. On parle alors de PS injecté.

Propriétés et applications

Commerce

La France, en 2014, est nette exportatrice de polystyrène, d'après les douanes françaises. Le prix moyen à l'import était de 1 500 € la tonne.

Dénominations commerciales

Selon le procédé de fabrication, la forme et les utilisations du polystyrène, on trouve plusieurs désignations :

Écologie

Impact environnemental

Estuaire recouvert et pollué par des milliers d’emballages, principalement en polystyrène expansé, près de Ream dans la province de Sihanoukville, au Cambodge (en 2014). Un exemple de la pollution des côtes du Japon par les plastiques. À noter l'énorme bloc de polystyrène expansé.

Le polystyrène expansé dégage du pentane contribuant à la formation d'ozone photochimique : 0,000 519 kg équivalent éthylène /UF par an.. D'autre part, ce pentane est également un gaz à effet de serre comme toute molécule de symétrie différente de D∞h et lorsqu'il se dégrade, produit du CO2.

Interdictions et mesures de protection de l'environnement

De la même manière que le sac en plastique, certains pays ou villes ont décidé d'interdire l'importation, la fabrication ou la distribution de polystyrène à usage unique, notamment les pays des Caraïbes (la Dominique, le Costa Rica, Haïti, etc.).

En 2020, l'Union européenne s'est dotée d'une législation interdisant huit produits à usage unique en plastique, incluant le polystyrène (les couverts, les assiettes, les pailles, les contenants alimentaires et gobelets, les touillettes, les cotons-tiges et les tiges pour ballons).

Risque sur la santé

Collecte et recyclage

Selon le syndicat des fabricants, 4 % du gisement retrouvera une seconde utilisation comme emballage, mais là où le gisements de polystyrène expansé usagé est trop faible ou souillé, il ne semble pas y avoir de filière de valorisation économiquement viable.

Biodégradabilité expérimentale

Des études en laboratoire ont montré que la larve d'un coléoptère (ténébrion meunier) est capable de dégrader certaines formes de polystyrène expansé.

Substituts d'origine fongique

Panneau isolant en Mycomatériau.

Les mycomatériaux dérivés de la biomasse fongique peuvent être un substitut rentable, socialement et écologiquement responsable au polystyrène. Il s'agit de matériaux composites biodégradables et ininflammables reposant sur le développement de mycélium de champignons sur des sous-produits agricoles et forestiers tels que les copeaux de bois. Pendant sa croissance, le champignon lie le substrat et le remplace partiellement. Le produit final peut être façonné pour produire des panneaux isolants, des panneaux sandwichs, des matériaux d'emballage, des briques ou des objets au design nouveau. Ces mycomatériaux présentent une faible densité et de bonnes propriétés d'isolation, tant sur le plan acoustique que thermique. Leurs propriétés mécaniques sont généralement inférieures à celles du polystyrène expansé. Néanmoins, ils peuvent présenter une grande variabilité en fonction de l'espèce, de la souche fongique, de la composition et de la structure du substrat et des conditions d'incubation. Malgré un besoin d'amélioration des techniques et de standardisation des processus de production, les mycomatériaux ont un fort potentiel de développement.

Notes et références

  1. (en) Charles E. Wilkes, James W. Summers, Charles Anthony Daniels, Mark T. Berard, PVC Handbook, Munich, Hanser Verlag, 2005, 1re éd., 723 p. (ISBN 978-1-56990-379-7, LCCN 2005013540, lire en ligne).
  2. (en) James E. Mark, Physical Properties of Polymer Handbook, Springer, 2007, 2e éd., 1076 p. (ISBN 978-0-387-69002-5 et 0-387-69002-6, lire en ligne), p. 294.
  3. (en) Leslie Howard Sperling, Introduction to Physical Polymer Science, Hoboken, New Jersey, Wiley, 2006, 845 p. (ISBN 978-0-471-70606-9, lire en ligne), p. 75.
  4. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 2009, 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-4200-9084-0).
  5. (en) J.G. Speight et Norbert Adolph Lange, Lange's handbook of chemistry, McGraw-Hill, 2005, 16e éd., 1623 p. (ISBN 0-07-143220-5), p. 2.807.
  6. Nom et abréviation selon la norme EN ISO 1043-1, Plastiques - Symboles et termes abrégés - Partie 1 : polymères de base et leurs caractéristiques spéciales.
  7. Paul Vandenabeele, Pourquoi de la frigolite ?, La Dernière Heure, 17 mars 2011 (consulté le 1er juillet 2014).
  8. D.W. van Krevelen et Klaas te Nijenhuis, Properties of Polymers, 4e édition, 2009
  9. Crédit : Katsuhiko Saido.
  10. « Temps de dégradation des produits courants » , sur paca.developpement-durable.gouv.fr (consulté le 6 décembre 2015).
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  12. « INIES, Les données environnementales et sanitaires de référence pour le bâtiment ».
  13. Article R541-8 du Code de l’environnement faisant référence à l’annexe III de la directive 2008/98/ CE du Parlement européen et du Conseil du 19 novembre 2008 relative aux déchets et abrogeant certaines directives.
  14. Source : AFIPEB.
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  20. « ECOPSE - Polystyrène expansé - Filières », sur www.ecopse.org (consulté le 24 janvier 2017).
  21. (es) « "Lo pensó/lo hizo" con Cristina Acuña: Idea-Tec, la startup que transforma residuos en pinturas sustentables », sur Emol, 12 juin 2023 (consulté le 13 décembre 2023)
  22. (en) Yu Yang, Jun Yang, Wei-Min Wu, Jiao Zhao, Yiling Song, Longcheng Gao, Ruifu Yang et Lei Jiang, Biodegradation and Mineralization of Polystyrene by Plastic-Eating Mealworms: Part 1. Chemical and Physical Characterization and Isotopic Tests, Environ. Sci. Technol., 2015, 49 (20), 12080-12086.
  23. (en) Girometta, C. et al., « Physico-Mechanical and Thermodynamic Properties of Mycelium-Based Biocomposites: A Review », Sustainability, vol. 11, no 1,‎ 2019, p. 281 (DOI 10.3390/su11010281, lire en ligne)

Voir aussi

Filmographie

Chanson

Bibliographie

Articles connexes

Liens externes