L`ALCOOL POLYVINYLIQUE AU SERVICE DU SPORT… Véritables

L’ALCOOL POLYVINYLIQUE AU SERVICE DU SPORT…
Véritables objets « high tech », les chaussures de sport concilient confort, légèreté et design.
Leurs semelles représentent un concentré de technologies et de matériaux modernes à base de PVC
(chlorure de vinyle), de mousse de polyuréthane, de caoutchouc butyle, de polyester, etc.
La principale utilisation de l'alcool polyvinylique est la synthèse du polyvinyle butyral ou PVB, qui sert
principalement à assembler tous ces polymères permettant de donner aux chaussures de sport leur
élasticité, leur résistivité face aux chocs et d’assurer une répartition optimale de la pression du pied.
Le terme « alcool polyvinylique » noté APV regroupe une famille de polymères dont le point commun
est de contenir généralement en proportion élevée le motif élémentaire –(CH2-CHOH)n–. Il est
préparé à partir de l’acétate de polyvinyle par saponification (hydrolyse basique) des fonctions ester.
Dans la mesure où l’hydrolyse n’est pas totale il subsiste le long de la chaine
macromoléculaire des fonctions ester intacts. Le but de cette activité expérimentale est dans une
première partie de vérifier le degré d’hydrolyse d’un alcool polyvinylique et dans une seconde partie
de fabriquer un gel commercialisé sous le nom : Slime® qui est une matière vraiment étonnante pour
ses propriétés physiques et pour son aspect gélatineux, dégoulinant mais non collant…
Données :
Formule topologique de l’APV :
p
Formule topologique équivalente de l’APV :
p
q
+ q
quantité de matière en motif q
nq
Degré d’hydrolyse = quantité de matière en motif p + quantité de matière en motif q = n +n
p
q
Alcool Polyvinylique
S24 Éviter le contact avec la peau.
S25 Éviter le contact avec les yeux.
Borax ou tétraborate de sodium
S24 Éviter le contact avec la peau.
S25 Éviter le contact avec les yeux.
décahydraté. Na2B4O7, 10H2O
R35 Provoque de graves brûlures
S26 En cas de contact avec les yeux, laver
Hydroxyde de sodium
immédiatement puis consulter un ophtalmologiste.
S37 Porter des gants appropriés.
S39 Porter un appareil de protection des yeux/du
visage approprié.
1ère Partie : Vérification du degré d’hydrolyse d’un alcool polyvinylique.
On souhaite vérifier que le degré d’hydrolyse d’un APV acheté dans le commerce est de 88%.
Principe de la méthode :
* Dans un premier temps on hydrolyse en milieu basique complètement l’APV commercial selon
l’équation de réaction :
+
p
p HO-
+ p CH3COO-
=
q
p+q
Cette équation peut également s’écrire « virtuellement » sous la forme :
p
+ q
+
p HO-
+ p CH3COO-
=
p+q
* Dans un deuxième temps on dose les ions éthanoate formés par une solution aqueuse d’acide
chlorhydrique de concentration connue par suivi pH-métrique.
Protocole expérimental :
a. Dans un bécher de 150 mL, peser une masse d’hydroxyde de sodium voisine de 0,4g.
b. Ajouter 100,0 mL d’une solution d’APV de concentration massique Cm = 20,0 g.L-1.
c. Porter à ébullition pendant environ 15 min sous agitation. Refroidir ensuite dans un bain de
glace.
d. Doser la solution par de l’acide chlorhydrique de concentration [H 3O+] = 0,50 mol.L-1 en
suivant l’évolution du pH (pas de 1 mL, réduire le pas près des équivalences). Tracer en
même temps la courbe pH = f(VH3O+).
e. En fin de dosage, ajouter 20g de NaCl par petites portions au mélange sous agitation. Laisser
agiter pendant 5 min et observer la solution.
Exploitation de la première partie.
1. Déterminer graphiquement les deux volumes équivalents correspondants aux deux sauts de
pH notés VE1 et VE2.
VE1 = ……………………………………………. ;
VE2 = …………………………………………..
2. Lors du dosage, on dose successivement les ions hydroxyde et les ions éthanoate par de
l’acide chlorhydrique. Ecrire les deux réactions chimiques correspondantes.
Couples acido-basiques mis en jeu : H3O+ / H2O ;
H2O / HO- ;
CH3COOH / CH3COO-
Réaction 1 :
Réaction 2 :
3. Justifier que la quantité de matière en ion éthanoate n(CH3COO-) dosée vaut :
n(CH3COO-) = [H3O+]×(VE2 – VE1). Calculer n(CH3COO-).
4. En déduire la quantité de matière en motif p notée np.
5. La masse du polymère peut s’écrire sous la forme :m = np×88 + nq×44. Calculer la masse m
du polymère présent initialement dans les 100,0 mL de solution. En déduire nq puis le degré
d’hydrolyse de l’APV. Le résultat est-il conforme à l’étiquetage ?
6. Pourquoi l’APV est-il soluble dans l’eau ? Que se passe-t-il lorsqu’on rajoute du chlorure de
sodium ?
2ème Partie : Synthèse du SLIME®
a. Verser 50 mL d’une solution aqueuse d’APV de concentration massique 40 g.L-1 dans un
bécher de 150 mL.
b. Dans un erlenmeyer de 100 mL dissoudre 2g de borax dans 50 mL d’eau. On peut y ajouter
quelques gouttes de fluorescéine.
c. Verser lentement environ 10 mL de la solution de borax dans l’APV tout en agitant. Le
mélange devient rapidement visqueux.
d. Continuer à mélanger vigoureusement jusqu’à obtenir une pâte gluante non collante.
e. Pétrir à la main le gel (en utilisant des gants !!) jusqu’à ce que celle-ci soit homogène.
Propriétés physiques du gel :
1. Que se passe-t-il si on tire brusquement sur le gel ?
2. Que se passe-t-il lorsqu’on le dépose dans un récipient de forme quelconque ?
3. Que se passe-t-il lorsque le gel est soumis à une contrainte brusque ?
4. Peut-on donner à ce gel une forme de balle ? si oui cette balle rebondit-elle ?
Quelques explications.
En solution aqueuse, le borate de sodium s’hydrolyse comme suit :
B4O72-
+
3 H2O
=
2 BO2-
+
B(OH)3
(acide orthoborique)
B(OH)3
+
H2O
=
B(OH)4-
+
5. La formule développée de l’ion B(OH)4- est la suivante :
H+
-
La formule topologique de l’APV est la suivante :
-
Quel type d’interaction peut se former entre l’APV et l’ion B(OH)4-
-
Représenter le polymère formé entre l’ion B(OH)4- et l’APV . Pourquoi dit-on qu’il s’agit
d’un polymère tridimensionnel ?