Identification des matières plastiques
- 1 = PET ou PETE : polyéthylène téréphtalate
- 2 = HDPE ou PEHD : polyéthylène haute densité
- 3 = PVC ou V : polychlorure de vinyle
- 4 = LDPE ou PELD : polyéthylène basse densité
- 5 = PP : polypropylène
- 6 = PS : polystyrène
- 7 = OTHER ou O : autre polymère, ou mélange de polymères, résines...
Le but de cette manipulation est d’identifier les différentes sortes de plastiques et polymères présents dans notre entourage, grâce à quelques tests physico-chimiques simples.
Ces tests peuvent être utiles pour identifier un objet ne portant aucune indication, ou pour vérifier que l'indication portée par l'objet correspond bien au plastique.
Sommaire
1 Matériel et produits
- Échantillons de matières plastiques
- 1 bécher de 250 mL
- 1 bec Bunsen ou chalumeau
- 4 béchers de 100mL
- 1 pince en bois
- 6 tubes à essais
- 1 pince métallique
- 1 agitateur en verre
- Eau distillée
- Acétone + pipette 2 mL avec pipeteur
- 1 fil de cuivre
- 1 rouleau de papier pH
2 Principe
Nous réalisons les tests décrits ci-dessous en utilisant l’organigramme des essais et en respectant la chronologie des opérations et les consignes de sécurité.
- Les tests doivent être effectués sous la hotte aspirante ou en extérieur (éventualité de dégagements gazeux très toxiques) .
- On ne passe au test suivant que si la réponse sur la nature du plastique n'a pas été obtenue.
3 Les tests d'identification
Voici des tests simples qui permettent de caractériser certains matériaux polymères. De nombreux matériaux sont cependant constitué de plusieurs monomères en même temps (copolymères), ou de polymères contenant des armatures d'autres matériaux (autres polymères, fibres végétales, fibres de carbone, armatures en métal, etc.) : dans ce cas cette simple méthode ne permettra pas de trouver exactement la nature du matériaux, certains tests pouvant être faussés. Pour caractériser entièrement un matériaux, il faut utiliser des méthodes analytiques plus fines (spectroscopie, microscopie, etc.).
3.1 Test de déformation
Les plastiques sont classés en trois catégories : thermoplastiques, thermodurcissables et élastomères. Les élastomères sont capable de s'étirer fortement et de revenir à leur forme d'origine après quelques secondes.
- Tirer avec les doigts sur l'échantillon.
- S'il revient à sa forme d'origine après étirement, alors le test est positif : c'est un élastomère.
3.2 Test de chauffage
Légèrement chauffés, les thermodurcissables restent rigides, et les thermoplastiques se ramollissent ou fondent.
- Chauffer l’agitateur en verre, tenu avec la pince en bois, dans la flamme du bec Bunsen et le poser sur l’échantillon.
- Si l’échantillon ramollit (ou garde une empreinte), alors le test est positif : c'est un thermoplastique. Sinon, c'est un thermodurcissable.
3.3 Test de densité
Nettement moins denses que les métaux, les plastiques ont des densités relatives à l'eau allant de 0,9 à 1,4. Ce test n'est pas valable pour les plastiques armés (contenant une armature) ou contenant de l’air (mousse, polystyrène expansé, fibre aérées).
- Plonger l’échantillon dans un bécher rempli d’eau et le maintenir immergé pendant une vingtaine de secondes, de façon à éliminer les bulles d'air accrochées en surface, puis le libérer.
- Si l’échantillon surnage, alors le test est positif (densité inférieure à 1).
3.4 Test de Belstein
Utilisé pour mettre en évidence la présence de l'élément chlore dans un plastique (utilisé aussi pour les solvants chlorés).
- Chauffer au rouge le fil de cuivre tenu à l’aide d’une pince en bois.
- Poser le fil sur l’échantillon et le tourner afin de l’enrober de matière plastique.
- Réintroduire le fil de cuivre au sommet de la flamme du bec Bunsen.
- Si la flamme prend une couleur verte, alors le test est positif (présence de chlore dans le plastique).
- Dans le cas d’un test positif les vapeurs émises sont également acides (confirmer avec le test du papier pH).
- Nettoyer le fil de cuivre en le maintenant dans la flamme jusqu'à disparition de la couleur verte et le décaper à l’aide du papier de verre avant de l’utiliser pour un nouveau test.
3.5 Test du solvant
Les plastiques sont généralement insolubles dans l'eau* ; certains plastiques peuvent être solubles dans certains solvants organiques, comme l'acétone . Cette solubilisation se manifeste par une dégradation de l'état de surface du polymère, à la façon d'un acide qui attaquerait un métal, cependant la solubilisation ne change pas la structure des molécules du polymère. À faire loin de toute flamme !
- Placer l’échantillon dans un tube à essais.
- Prélever à l’aide la pipette environ 2 mL d’acétone et verser le liquide dans le tube.
- Attendre 10 minutes et verser quelques gouttes d’eau distillée dans le tube à essais.
- Si un trouble (précipité) apparaît, alors le test est positif.
- A l’issue du test, récupérer le solvant dans le bécher prévu à cet effet.
(* Il existe des polymères ayant une bonne affinité avec l'eau, et donc soluble même lentement, par exemple l'amidon ou les polymères biodégradables. La solubilité dépend beaucoup de la longueur des chaînes du polymère.)
3.6 Test du papier pH et test de pyrolyse
La pyrolyse (décomposition thermique sans combustion) des plastiques produit du carbone et des dégagements gazeux qui peuvent être corrosifs , toxiques, voire mortels (chlorure d'hydrogène HCl , fluorure d'hydrogène HF, dioxyde de soufre SO2 , cyanure d'hydrogène HCN , etc.). À faire sous la hotte aspirante !
- Placer l’échantillon dans un tube à essais
- Placer un morceau de papier pH humidifié à l’eau distillée à l'ouverture du tube.
- Chauffer doucement le tube jusqu'à obtention d’un dégagement gazeux.
- En comparant la couleur du papier pH à celle de l’échelle de couleurs, déterminer le pH des vapeurs obtenues :
- Si le pH est nettement basique, supérieur à 8, alors le test est positif, la vapeur contient probablement une amide ou une amine. Penser à un polymère de type polyamide.
- Si le pH est nettement acide, inférieur à 6, alors le test est négatif, la vapeur contient probablement HCl (à confirmer par le test de Belstein), HF, HCN ou SO2. (Réaliser des tests complémentaires.)
3.7 Test de combustion
La combustion des plastiques produit toujours du dioxyde de carbone. Des gaz toxiques peuvent aussi être émis ; il est toujours déconseillé de brûler des plastiques inconnus. À faire sous la hotte aspirante !
- Placer l’échantillon, tenu à l’aide de la pince métallique, dans la flamme du bec Bunsen.
- Observer la combustion éventuelle de l’échantillon.
- Si la combustion est facile (avec ou sans fumées), alors le test est positif. Préciser :
- avec fumées : AF
- sans fumées : SF
Remarque : si, lors de la combustion, il y a une flamme vive et courte, avec production de fumées blanche de silice (SiO2) et formation sur le plastique d'une croute de silice, alors le polymère est assurément de la famille des polysiloxanes (silicone).
3.8 Tests complémentaires
Lors du test de pyrolyse, il est possible d'en savoir plus sur la nature du gaz dégagé :
- L'identification du dioxyde de soufre SO2 est possible avec un papier filtre humide imbibé d'amidon et d'iode , de couleur bleue (complexe amidon-diiode) : la couleur bleue s'estompe. (Test cependant peu sensible.) Si le test est positif, penser à un polymère contenant du soufre (sous forme de sulfonate, sulfate...).
- L'identification du cyanure d'hydrogène HCN peut se faire avec le papier de Schönbein. Si le test est positif, penser à un polymère de type polyuréthane, polyacrylonitrile, polyacrylamide, Nylon®, Orlon®...
- L'identification du chlorure d'hydrogène HCl peut être confirmée par le test de Belstein (décrit dans cette page) qui montrera la présence de chlore.
- L'identification du fluorure d'hydrogène HF est possible en observant si les vapeurs dépolissent le verre. Si le test est positif, penser à un polymère fluoré (Téflon®...).
4 Application à des échantillons
- Compléter le tableau en utilisant les codes suivants :
- Test positif : +
- Test négatif : –
- Test non effectué : x
Échantillon | Test de chauffage | Test de densité | Test de Belstein | Test du solvant | Test du papier pH | Test de combustion |
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N°1 : gobelet en plastique marqué | ||||||
N°2 : mousse de coussin | ||||||
N°3 : chips d'emballage d'objets | ||||||
N°4 : gaine de fil électrique | ||||||
N°5 : sachet de supermarché | ||||||
N°6 : bouchon de bouteille d'eau |
- Proposer une identification des échantillons de matières plastiques :
- Échantillon n°1 : __________________________
- Échantillon n°2 : __________________________
- Échantillon n°3 : __________________________
- Échantillon n°4 : __________________________
- Échantillon n°5 : __________________________
- Échantillon n°6 : __________________________