Membranes. Colles et adhésifs. Tensioactifs, émulsions, mousses








télécharger 84.1 Kb.
titreMembranes. Colles et adhésifs. Tensioactifs, émulsions, mousses
date de publication30.03.2017
taille84.1 Kb.
typeDocumentos
p.21-bal.com > comptabilité > Documentos

Page sur

partie 3 : Matériaux

chap 11 : matériaux ;

des structures particulieres


MOTS CLES :

Membranes. Colles et adhésifs. Tensioactifs, émulsions, mousses.


1. Tensioactifs, émulsions, mousses
Une mayonnaise, un shampoing, la mousse surmontant un capuccino ont un point commun : leur existence

et leur stabilité résultent de la présence de tensioactifs. Qu'est-ce qu'un tensioactif ? Comment agit-il?
1.1. Démixtion, micelles, tensioactifs

- Si on met en présence un peu d'huile et de l'eau, les deux liquides ne se

mélangent pas. Si on agite fortement l'ensemble, l'huile forme de fines gouttelettes mélangées à l'eau, qui, après un bref repos du mélange, vont se séparer de la phase aqueuse : il y a démixtion.

- Si on ajoute un peu de dodécylsulfate de sodium à la préparation et que l'on agite à nouveau, les deux phases ne se séparent plus : l'huile, incluse dans des micelles de dodécylsulfate de sodium, reste sous forme de fines gouttelettes en suspension,

ou en émulsion dans l'eau (b). Le dodécylsulfate de sodium est un exemple de tensioactif : il fait baisser la tension superficielle de l'eau.

- Une molécule de tensioactif est amphiphile, c'est-à-dire qu'elle est constituée d'une tête polaire, hydrophile, donc lipophobe, susceptible de se lier à l'eau, et d'une queue apolaire, lipophile, donc hydrophobe, susceptible de se lier aux chaînes carbonées des espèces organiques. On distingue entre autres (R est un radical alkyle présentant une longue chaîne carbonée) :

-les tensioactifs anioniques tels que les alkylsulfate de sodium,

R-SO3- + Na+

ou les carboxylate de sodium,

R-CO3- + Na+, présents dans les savons ;
- les tensioactifs cationiques tels que les chlorure d'alkylammonium quaternaire, R-NH3++ Cl- ;

- les tensioactifs non ioniques tels que les éther-alcools, R-O-CH2-CH2-OH.

bordas p168_new.jpg

1.2. Mousse, tensioactifs, tension superficielle

- Une mousse est un gaz dispersé dans un liquide ou un solide Les mousses savonneuses, par exemple, sont constituées de bulles de savon : des bulles d'air reliées entre elles par des films d'eau savonneuse.

Pour disperser un gaz dans un liquide, on peut insuffler le gaz, le fabriquer in situ ou battre le liquide en présence du gaz.

- Dans tous les cas, on ne peut obtenir de mousse dans un liquide pur. En effet, la formation de mousse et sa durée

de vie reposent entièrement sur la présence de certains composés les tensioactifs.

- La formation de la mousse augmente nécessairement l'interface liquide/gaz, autrement dit, la surface du liquide. Or, cette dernière ne peut s'étendre indéfiniment.


bordas p168_new.jpg

Cela est dû à l'existence de forces électrostatiques qui s'exercent entre les molécules du liquide et qui lui confère une tension superficielle ou tension de surface. La tension superficielle de l'eau pure est de l'ordre de 72 mN.m-1. Si on ajoute un agent susceptible de diminuer la tension superficielle, la surface de l'eau peut s'étirer et ainsi "accueillir" des bulles.

2. saponification (ou hydrolyse basique d’un ester)
- Réaction rapide à chaud et totale


Alcool

+

ion carboxylate

=

ion hydroxyde

+

Ester


O

O

R-C

-

O

O

R-C

-R’

+

R’-O-H

=

+

H-O-



3. les savons
3.1. Nature des savons

Ils sont composés de carboxylate de sodium ou de potassium
K

RC

O

O

Savon solide Savon en solution dans l’eau

+ Na+ ou K+

RC

O

O

RC

O

O-

ou



Na


3.2. Fabrication du savon
Ils sont obtenus par la saponification des corps gras, càd par l’hydrolyse basique des triesters du glycérol et d’acide gras
Equation :


+

3*savon en solution :

+

glycérol

3*soude

corps gras



RC

O

O

CH2

CH

RC

O

O

CH2

RC

O

O
RC

O

O-


+ CH2-CH-CH2

+ Na+)

3 (

+ 3.(Na+ + HO-)



OH

OH

OH


Pour faire précipiter le savon càd obtenir du savon solide, on met la solution de savon dans de l’eau salée
3.3. Les corps gras

- C’est des composés naturels, d’origines végétales ou animales appelé aussi lipides

- Ils sont constitués essentiellement de triglycérides

c’est à dire de triESTERS du glycérol et d’acides gras

(Il y a 3 fonctions esters, les corps gras résultent de l’estérification entre un acide gras et le glycérol qui est un alcool)
Les triesters d’acides gras et du glycérol ont pour formule générale :

R1C

O

O

CH2

CH

R2C

O

O

CH2

R3C

O

O


Ex : L’huile de germes de maïs est principalement constituée de linoléine

(ou trilinoléate de glycéryle) avec R1 = R2 = R3 = C17H31



img0004


a) Les acides gras

Ce sont des acides carboxylique à chaînes non ramifiées, qui comportent éventuellement des doubles liaisons et dont le nombre d’atomes de carbone est > à 4 et < à 22
b) Le glycérol

C’est un triol, c’est à dire qu’il y a 3 fonctions alcool :
CH2-CH-CH2. Le nom officiel c’est le propan-1,2,3-triol

OH

OH

OH
3.4. Procédé industriel

img0005

3.5. Propriétés des savons

img0006

img0007



4. colles et adhesifs

Dès l’âge de pierre, colles et adhésifs sont utilisés pour des décorations et pour sceller des contenants. Ils sont constitués de matière animale ou végétale, comme le colle d’o et de caséine, ainsi que de goudron, de poix ou de cire.

De nos jours, il existe une multitude de colles de compositions chimiques différentes : cyanoacrylate, époxydique, vinylique, etc…, chacune étant pus ou moins bien adaptée à l’assemblage de matériaux spécifiques (bois, métal, verre, plastique, etc) et à un usage particulier (décoration, sollicitation mécanique, immersion dans un liquide, etc). Ainsi, on n’utilisera pas la même colle pour recoller convenablement un vase brisé ou une semelle de chaussures.
4.1. Colle ou adhésif ?

Les colles et les adhésifs sont le plus souvent des polymères naturels ou de synthèse.

La colle est liquide et donc mouille l’ensemble des surfaces à coller.

L’adhésif est un solide initialement mou : au contact d’une surface rugueuse, il se déforme spontanément et épouse la surface rugueuse.
4.2. Phénomène d’adhésionbordas p164_new.jpg

L’adhésion est un phénomène complexe qui fait intervenir plusieurs mécanismes.


  • L’adhésion mécanique

La colle pénètre dans les aspérités du matériau, donnant lieu à plusieurs points d’ancrage mécanique après solidification. L’efficacité de cette adhésion dépend de la rugosité du matériau.


  • L’adhésion chimique

Avec les colles à prise chimique, un polymère se forme par réaction chimique à l’interface colle/matériau au moment de leur utilisation. Un catalyseur, le dioxygène de l’air, l’eau de l’atmosphère ou un rayonnement UV provoque la réaction. Des liaisons covalentes s’établissent entre les surfaces à coller et la colle ce qui permet une très forte adhésion.

Exemple du collage des matériaux cellulosiques :

La cellulose, polymère naturel, est le constituant essentiel du bois, du papier, du carton et de très nombreux textiles. Ces matériaux sont souvent assemblés par collage à l’aide de colles isocyanates.

d’une colle isocyanate (c)



bordas p164_new.jpg


  • L’adhésion par diffusion

Il y a inter-diffusion entre les deux surfaces : cela suppose la solubilité mutuelle des matériaux en contact. Ainsi, si adhésif et matériaux à coller sont composés de polymères compatibles, les chaînes macromoléculaires de l’adhésif vont diffuser à l’interface du matériau selon un mécanisme appelé reptation.


  • L’adhésion physique

L’adhésion des colles aux matériaux peut faire intervenir des liaisons ioniques ou des liaisons hydrogène.

Dans tous les cas, l’adhésif crée des liaisons électrostatiques intermoléculaires de type interactions de Van Der Waals avec le matériau. Il s’agit d’interactions faibles mais très nombreuses qui expliquent une bonne partie de l’adhésion.

Exemple du collage des matériaux cellulosiques :

La cellulose peut également être assemblée à l’aide de colles phénoliques.






4.3. Mouillage

Indépendamment, l’adhésion d’une colle sur un matériau fait intervenir la notion de mouillage qui caractérise l’aptitude d’un liquide à s’étaler sur un solide. L’adhésif doit pouvoir s’étaler, occuper la plus grande surface possible sur le substrat.

  • Tension superficielle

La tension superficielle caractérise l'aptitude qu'a la surface d'un liquide à prendre la plus petite valeur possible dans un milieu donné. Elle caractérise également la cohésion d'un liquide puisqu'il faut vaincre les forces de cohésion interne de celui-ci pour accroître cette surface.

Mécaniquement, elle s'exprime comme une force s'opposant à un accroissement de surface et rapportée à l'unité de longueur. L'unité utilisée est le N/mdeux aspects de forme de goutte en fonction de la tension superficielle du support (6456 octets)

Tension superficielle forte
( mauvais pour le collage).

Tension superficielle faible
( bon pour le collage).

  • Mouillabilité

La mouillabilité est évaluée par l’angle de contact c défini sur la figure ci-dessous.

bordas p164_new.jpg

5. membranes

Les membranes sont des parois minces (de quelques nm à quelques m) séparant deux milieux différents et poreuses à certaines espèces chimiques, en fonction de leur nature ou de leur taille. Cf. ACT DOC MEMBRANES
5.1.membranes cellulaires

Les membranes cellulaires, séparant l’intérieur et l’extérieur de la cellule, sont constituées de bicouches lipidiques : des molécules amphiphiles s’auto-organisent de manière à créer un espace hydrophobe entre deux milieux aqueux. Des protéines insérées dans ces membranes permettent le passage des ions et des molécules nécessaire à la vie de la cellule.
5.2.séparation membranaire

Certaines membranes sont constituées d’un matériau polymère étiré en film. De telles membranes sont par exemple utilisées dans les usines de dessalement des eaux de mer grâce au phénomène d’osmose.
5.3.liposomes

La principale application des liposomes est de transport de substances chimiques ou biologiques préalablement encapsulées. Ils sont principalement utilisés en cosmétologie ou pour contenir le principe actif d’un médicament qui sera véhiculé et libéré lentement sur une cible déterminée.
6 stratégie à adopter lors d'une synthèse?
61 Étape préliminaire : avant l'expérience
Pour synthétiser un composé organique, il faut choisir :

- les réactifs appropriés ainsi que leurs quantités. Le plus souvent, l'un des deux réactifs est introduit en excès; il s'agit en général du moins cher;

- un solvant adapté qui doit permettre de solubiliser les réactifs et de contrôler la température dans le milieu réactionnel;

- un catalyseur afin d'accélérer la réaction;

- les paramètres expérimentaux (température, durée de la réaction, etc.);

- le montage adapté à la réaction.


Si tout doit être mis en œuvre pour avoir le meilleur rendement possible, il faut aussi prendre en compte les aspects liés à la sécurité en exploitant les pictogrammes et les consignes de sécurité relatifs aux espèces chimiques utilisées. Le coût de la synthèse et l'impact sur l'environnement doivent aussi être évalués.

6.2 Étape 1 : la réaction
a) Définition

- Certaines réactions peuvent avoir lieu à froid dans le cas où on souhaite éviter une élévation de température, due à une réaction qui dégage trop de chaleur.

- D'autres réactions nécessitent un chauffage qui permet d'accélérer la réaction, on effectue alors un chauffage à reflux.

- Le chauffage permet aussi de dissoudre les réactifs solides et d'augmenter le rendement de certaines réactions limitées.
montage de chauffage à reflux permet de chauffer tout évitant les pertes par évaporation.
- En fin de réaction, on refroidit le mélange réactionnel pour condenser les vapeurs de solvants qui pourraient s'échapper et pour diminuer la solubilité du produit s'il est solide.
b) Exemple de montage : Le chauffage à reflux :
Le chauffage à reflux permet :

-     De travailler à une température élevée,

-     D’accélérer la synthèse de l’espèce chimique,

-     D’éviter les pertes de réactifs et de produits.




-     Schéma :

Chauffage à Reflux

http://pagesperso-orange.fr/guy.chaumeton/images03/2d03ch6.jpg

1- réfrigérant.

2- Ballon.

3- Chauffe-ballon.

4- Sortie de l’eau.

5- Arrivée de l’eau.

6- Mélange réactionnel.

7- Vallet.

Rem :

Dans le mélange réactionnel on rajoute de la pierre ponce, elle sert à régulariser l’ébullition

6.3. Étape 2 : l'isolement
- L'isolement consiste à séparer au mieux le produit des réactifs n'ayant pas réagi, des produits secondaires, du catalyseur, du solvant et des sous-produits dus à des réactions parasites.

- L'isolement conduit au produit brut.
Différentes techniques sont employées selon l'état physique du produit à isoler.
a) filtration sous pression réduite
Une fiole à vide munie d'un entonnoir Buchner permet une filtration rapide et un essorage efficace sous pression réduite.
Le ballon doit être rincé pour collecter le produit qui y serait resté et le solide doit être lavé pour éliminer au mieux les impuretés. Le liquide de rinçage utilisé devra être glacé pour dissoudre le minimum de solide.

b) Technique d'extraction liquide-liquide : L’ampoule à décanter
Exemple :

extraction du diiode présent dans une solution.

-          Protocole expérimental :

Introduire le mélange (solution aqueuse d’iodure de potassium et de diiode) dans l’ampoule à décanter puis ajouter délicatement le solvant (hexane ou pentane : solvant organique : liquide incolore moins dense que la solution aqueuse et non miscible)http://pagesperso-orange.fr/guy.chaumeton/images02/2d02ch4.jpghttp://pagesperso-orange.fr/guy.chaumeton/images02/2d02ch3.jpg

-          Agiter, laisser décanter et dégazer.

-          On observe alors deux phases : la phase inférieure qui est pratiquement décolorée et la phase supérieure qui contient le diiode dans le solvant qui est violette.
-          On dit que le diiode a été extrait par le solvant.

-          On récupère la phase contenant le diiode et le solvant.

Après évaporation du solvant, on recueille le diiode (solide).


- L'extraction liquide-liquide permet de transférer sélectivement des espèces présentes dans un solvant vers un autre solvant, non miscible au premier, dans lequel elles sont plus solubles.

Un bon solvant doit être :

- Insoluble dans l’eau

- Très soluble avec le produit à extraire


c) amélioration de la séparation
Lorsque le produit synthétisé est très soluble dans la phase organique, on peut, pour améliorer la séparation :

- Saturer la phase aqueuse en sels (par exemple Na+(aq) + Cl-(aq)) afin de diminuer la solubilité du produit organique dans la phase aqueuse. Cette technique s'appelle le relargage

- laver la phase organique avec de l'eau pour en retirer les espèces solubles dans l'eau (doc. 3);

C’est le lavage

- Ces étapes doivent être suivies :

- D'un séchage afin d'éliminer l'eau contenue dans la phase organique avec un desséchant chimique, par exemple Na2SO4(s) anhydre;

- de l'évaporation du solvant grâce à un évaporateur rotatif (doc. 4).







6.4. la purification
- La purification consiste à éliminer les faibles quantités d'impuretés, contenues dans le produit brut afin d'obtenir le produit purifié.

- Les deux méthodes de purification les plus employées sont la recristallisation pour les solides et la distillation pour les liquides .
a) La recristallisation


- La recristallisation est une méthode de purification des solides fondée sur la différence de solubilité du produit et des impuretés dans un solvant

- Lors de la recristallisation on introduit un minimum de solvant afin de limiter les pertes de solide contenu dans le solvant saturé

b) La distillation


La distillation est une méthode de purification des liquides fondée sur les différences de température d'ébullition du produit et des impuretés.



-          Elle permet de séparer les espèces chimiques constituant un mélange liquide.http://pagesperso-orange.fr/guy.chaumeton/images02/distillation%20frac.jpg

-          Le mélange à distiller est placé dans un ballon surmonté d’une colonne à distiller : colonne de Vigreux (N°03).

-          On chauffe le ballon jusqu’à ébullition du mélange. Les vapeurs des différentes espèces chimiques montent dans la colonne à distiller.

-          La colonne à distiller permet de séparer les différentes espèces chimiques. En tête de colonne à distiller, on trouve l’espèce chimique les plus volatiles. 

-          Les autres se condensent et retombent dans le ballon.

-          L’espèce chimique la plus volatile est condensée grâce au réfrigérant (N°6) . On recueille le distillat (N°08).


6.5. Les analyses
Les étapes d'analyse permettent de contrôler la pureté du produit synthétisé et de le caractériser (de l'identifier).
Il existe plusieurs méthodes, certaines dépendent de l'état physique du produit.
a) Pour les solides

http://www.spc.ac-aix-marseille.fr/labospc/local/cache-vignettes/l650xh488/banc_kofler-11fe4.jpg


- On mesure mesure de la température de fusion, par exemple, à l'aide du banc Köfler

.

b) Pour les liquides

- On mesure de l'indice de réfraction à l'aide d'un réfractomètre

- On mesure de la température d'ébullition.
c) Pour les liquides et les solides

On utilise la spectroscopie IR ou de RMN (cf cours : cours-physique-THEME-01-chap-5-analyse-spectrale) ou la chromatographies

c.1 chromatographies

- Le mot chromatographie vient du grec khrôma: la couleur. À l'origine, c'était une technique de séparation de substances colorées, mais elle est aujourd'hui utilisée pour tous types de mélanges.

- La chromatographie est une méthode physique de séparation et d'identification des constituants d'un

mélange.

- Il existe différentes techniques de chromatographie. On se limitera à l'étude de la chromatographie sur

papier ou sur couche mince (CCM).
cf vidéo « chromato »
c.1.1 Chromatographie sur couche mince (C.C.M).
-          Cette technique permet de séparer les espèces chimiques présentes dans un mélange homogène.

Pour effectuer une C.C.M, on utilise :

-          Une phase fixe sur laquelle une goutte de mélange à séparer est déposée. 

-          La phase fixe est constituée d’une mince couche de gel de silice déposée sur une plaque d’aluminium.

-          Une phase mobile ou éluant. C’est le solvant dans lequel les constituants du mélange sont plus ou moins solubles.

-          L’éluant migre le long de la phase fixe grâce au phénomène de capillarité. 

-          Il entraîne les constituants du mélange qui se déplacent à des vitesses différentes. 

-          On peut ainsi les séparer.

description : description : description : description : http://pagesperso-orange.fr/guy.chaumeton/images02/ccm.jpg
c.1.2. Chromatographie et séparation.

-          La chromatographie permet la séparation des constituants d’un mélange. 

-          Pour un éluant et un support donnés, une espèce chimique migre de la même façon qu’elle soit pure ou dans un mélange.

-          Une espèce chimique très soluble dans l’éluant migre beaucoup plus vite qu’une substance peu soluble.

-          Les espèces chimiques étant entraînées à des vitesses différentes peuvent être séparées.
c.1.3.- Chromatographie et analyse.
-          La chromatographie est aussi une technique d’analyse. Elle permet d’identifier les espèces chimiques présentes dans un mélange.
-          Des espèces chimiques identiques migrent à des hauteurs identiques sur une même plaque de chromatographie.
-         Préparation de la plaque


Étape 1 : description : description : description : description : http://pagesperso-orange.fr/guy.chaumeton/images02/2d02cha3.jpg

Étape 2 description : description : description : description : http://pagesperso-orange.fr/guy.chaumeton/images02/2d02chb3.jpg

Étape 3 description : description : description : description : http://pagesperso-orange.fr/guy.chaumeton/images02/2d02chc3.jpg

 

  Placer la plaque dans le bécher et recouvrir du verre de montre.

-    Laisser évoluer l’ensemble jusqu’à ce que l’éluant arrive à 1 cm du haut de la plaque environ.

-    Sortir la plaque et laisser sécher.

description : description : description : description : http://pagesperso-orange.fr/guy.chaumeton/images02/2d02ch2.jpgdescription : description : description : description : http://pagesperso-orange.fr/guy.chaumeton/images02/2d02ch1.jpg


description : description : description : description : http://pagesperso-orange.fr/guy.chaumeton/images02/ccm1.jpgdescription : description : description : description : http://pagesperso-orange.fr/guy.chaumeton/images02/ccm2.jpg

c.1.4. Rapport frontal

- On appelle rapport frontal Rf d'une espèce chimique le quotient de la distance h parcourue par l'espèce par la distance H parcourue par l'éluant pendant le même temps.
Rf = =

- Pour chaque espèce chimique, le Rf dépend de la phase fixe et de l'éluant
c.1.5. Révélation du chromatogramme

Les constituants des produits analysés donnent souvent des taches invisibles.

La révélation permet de faire apparaître les différentes taches.

On peut utiliser diverses techniques :

- révélation aux vapeurs de diiode: on place la phase fixe dans un flacon rempli de vapeurs de diiode ;

- révélation au permanganate : on plonge la phase fixe dans une cuve remplie d'une solution de

permanganate de potassium ;

- révélation aux ultraviolets : on place la phase fixe sous une lampe à UV. Les différentes taches

correspondant aux constituants du mélange apparaissent. En l'absence de rayonnement, on ne voit rien.

4.5. le calcul du rendement
On appelle rendement ρ (RO) de la synthèse le quotient du nombre de mole n du produit effectivement obtenue par le nombre de mole maximal nmax de produit que l’on peut obtenir en théorie


ρ = ou : ρ = .100 (pour avoir ρ en pourcentage)

n et nmax : En moles (mol.)

ρ : pas d’unité

Remarque :

Les synthèses se font rarement en une seule étape; dans ce cas, on parle alors de synthèse multi-étape. Le rendement de la synthèse est, dans ce cas, égal au produit des rendements de chaque étape qui doivent être les plus proches possible de 1 pour que le rendement global soit acceptable

similaire:

Membranes. Colles et adhésifs. Tensioactifs, émulsions, mousses iconTp spe tensioactifs, émulsions et mousses
«marcher» sur l’eau, c’est elle également qui contribue à donner une forme quasi-sphérique à la goutte d’eau sur la feuille. Le détergent...

Membranes. Colles et adhésifs. Tensioactifs, émulsions, mousses iconColles et adhésifs

Membranes. Colles et adhésifs. Tensioactifs, émulsions, mousses iconDe notre nourriture à nos cosmétiques, nous utilisons quotidiennement...

Membranes. Colles et adhésifs. Tensioactifs, émulsions, mousses iconTp 3-10 une colle a la caséine du lait
«matière molle». PgdG explique divers modèles physiques étudiés pour comprendre le comportement des colles et adhésifs

Membranes. Colles et adhésifs. Tensioactifs, émulsions, mousses iconColles et adhésifs
«Comment la colle agit-t-elle ?». Répondre à la question en utilisant la figure ci-contre, représentant deux surfaces rugueuses qu’il...

Membranes. Colles et adhésifs. Tensioactifs, émulsions, mousses icon1 Généralités sur les mousses

Membranes. Colles et adhésifs. Tensioactifs, émulsions, mousses iconSystème d’ÉtanchéITÉ liquide pour balcons, terrasses et sols de galeries...








Tous droits réservés. Copyright © 2016
contacts
p.21-bal.com