Les textiles
Exercice 1
Lire attentivement ce texte avant de répondre aux questions
Un textile est un matériau susceptible d'être tissé ou tricoté.
Initialement, il désigne donc un matériau qui peut se diviser en fibres ou en fils textiles, tels le coton, le chanvre, le lin, la laine (textiles organiques) ou la pierre d'amiante (textile minéral), puis avec la découverte de nouvelles techniques, les fibres synthétiques.
L'action de séparer les fibres d'un textile s'appelle le filage.
Par extension, le mot textile peut également s'appliquer au résultat après transformation, un drap est un textile.
S'il est tissé, le textile forme un tissu. Dans le cas contraire, il forme une étoffe servant à rembourrer et orner.
A la fin du XVIe siècle, l'étoffe prend le sens plus spécifique de textile servant à l'habillement ou à l'ameublement.
Aujourd'hui, on trouve des tissus formés par pressage ou agglomération de textile, une extension technique moderne aboutissant à l'expression contradictoire tissu non tissé
1. Donner un titre à ce texte
2. Définir les termes soulignés
3. Quelles sont les deux classes de textiles ?
4. Pour chaque classe, préciser les fibres textiles correspondantes
5. Quelle différence y a-t-il entre tissu et étoffe et entre fibre et fil ?
Exercice 2
Répondre aux questions après avoir lu ce texte
Les fibres textiles se répartissent en deux grandes catégories : les fibres naturelles et les fibres chimiques.
Les fibres naturelles sont obtenues par transformations physiques et mécaniques d'une matière naturelle, sans modifier sa composition.
Elles peuvent être d'origine végétale comme le coton ou le lin (les fibres sont issues des fleurs, des graines, des tiges, des feuilles des plantes, de la sève), d'origine animale, comme la laine ou la soie (les fibres sont issues des poils d'animaux et des sécrétions d'insectes), ou encore d'origine minérale (amiante, métaux, $\ldots$)
Les fibres textiles chimiques quant à elles se divisent en deux familles : les fibres artificielles et les fibres synthétiques.
Les premières proviennent d'une transformation chimique de substances naturelles, généralement de la cellulose, les secondes sont fabriquées à partir de polymères organiques et inorganiques.
1. Proposer un titre à ce texte
2. Définir les termes : fibre naturelle, fibre chimique, fibre artificielle et fibre synthétique
3. Quelles sont les deux grandes catégories de fibres textiles ?
4. En quoi les fibres naturelles se distinguent des fibres chimiques ?
5. Quelles sont les classes de polymères ? Préciser la différence entre ces classes de polymères
Exercice 3
Répondre par vrai ou faux
1. Le mohair est une laine de chèvre angora d'Asie mineure :
a. Vrai
b. Faux
2. L'alpaga est un mammifère ruminant de la famille des camélidés qui vit dans la Cordillère des Andes dont on utilise les longs poils pour faire une laine :
a. Vrai
b. Faux
3. Le chanvre est une plante de la famille de cannabinée utilisée pour ses fibres textiles :
a. Vrai
b. Faux
4. La soie est une substance secrétée sous forme de fils par la chenille du papillon, le bombyx du mûrier.
a. Vrai
b. Faux
5. Le lin est une plante dicotylédone cultivée pour ses tiges dont on extrait les fibres textiles :
a. Vrai
b. Faux
6. Le coton est un duvet végétal entourant les graines du cotonnier et utilisé comme matière textile :
a. Vrai
b. Faux
7. Cachemire est le nom d'une région entre l'Inde et le Pakistan.
a. Vrai
b. Faux
Exercice 4
A. Choisir la ou les bonne$(s)$ réponse$(s)$
1. Quels sont les deux types de textiles permettant de se protéger contre le feu ?
a. Les textiles ignifuges et les textiles aluminés
b. Les textiles anti-flammes et les textiles aluminés
c. Les textiles ignifuges et les textiles allumés
2. Qu'est-ce qui est le plus écologique
a. choix des fibres ou du tissu
b. choix des coloris
c. choix de produits recyclés
d. travail sur des produits transgéniques
3. Qui a la résistance à la traction la plus élevée (une réponse possible) ?
a. un câble en acier
b. un polyamide de haute ténacité
c. le fil d'araignée
d. le fil de soie
B. Joindre la bonne lettre au bon numéro :
a. Polyamide
1. Naturel
b. Viscose
2. Artificiel
c. Ramie
3. Synthétique
Exercice 5
Compléter ce texte avec les mots ou groupes suivants : chimique ; naturelle ; nature ; coton ; soie ; cellulose ; fibre naturelle ; Viscose ; écologique ; végétaux ; recyclage ; propriété infroissable ; Polyester ; Polyamide ; l'Acétate ; artificielles ; synthétiques ; pétrole ; Polyuréthane ; fibre ; laine ; l’Acrylique.
La $\ldots$ est la matière première qui constitue votre tissu.
C'est grâce à une fibre d'origine $\ldots$, artificielle ou chimique que l'on crée un fil qui, une fois tissu formera une étoffe (tissu).
On connait deux grandes familles de fibres : les naturelles qui sont trouvées dans la$\ldots$ et celles que l'homme crée de manière $\ldots\ldots$
Les principales fibres naturelles sont le $\ldots\ldots$, le lin, la $\ldots$, la $\ldots\ldots$
Les fibres $\ldots$ sont créées par l'homme à partir de la $\ldots$ qui se trouve dans les végétaux (pin, bambou, eucalyptus$\ldots$).
Même si certains procédés restent encore aujourd'hui considérés comme polluants comme celui de la viscose d'autre sont aujourd'hui considéré comme nettement plus $\ldots\ldots$ que la fabrication de $\ldots\ldots$
Les principales fibres artificielles sont la $\ldots\ldots$, le Cupro, le Modal, le Lyocell et $\ldots$
Les fibres $\ldots\ldots$ proviennent pour la plupart du $\ldots\ldots$, ensuite une partie vient des $\ldots\ldots$ (huile de ricin, maïs, soja $\ldots$) ou encore du recyclage.
Le gros avantage des fibres synthétiques est que la qualité ne diminue pas malgré un $\ldots\ldots$ en boucle.
Les fibres recyclées prennent une place de plus en plus grande dans l'univers du textile.
Les fibres synthétiques sont souvent connues pour leur $\ldots\ldots$ Les principales fibres synthétiques sont le $\ldots\ldots$, le $\ldots$, le $\ldots$, l'Elasthanne, $\ldots$
Exercice 6
1. Classer les fibres ci-dessous en $2$ catégories : fibres naturelles, fibres chimiques (artificielles ou synthétiques).
Laine, Mohair, Raphia, Viscose, Lin, Polyamide, Alpaga, Soie, Coton, Modal, Acétate, Polyester, Chlorofibre, Chanvre, Jute, Cachemire
$\begin{array}{|c|c|} \hline \text{Fibres }&\text{Fibres chimiques }\\ \text{naturelles }&(\text{artificielles ou synthétiques })\\ \hline &\\ \hline \end{array}$
2. Identifier les fibres animales et les fibres végétales
3. Citer les fibres synthétiques
Exercice 7
Le polypropylène est un polymère utilisé dans la fabrication des vêtements professionnels jetables.
Il est obtenu par polymérisation du propylène (ou propène) de formule
1. Donner la formule développée du propène
2. Écrire l'équation de polymérisation du propène
3. Donner le nom de ce type de polymérisation.
Justifier.
4. La masse molaire du propylène est de $42\,g/mol$
Calculer la masse molaire du polypropylène si l'indice de polymérisation est $n=2500$
Exercice 8
Les polyamides ont été les premières fibres textiles synthétiques à avoir été fabriquées à l'échelle industrielle.
C'est à la société Dupont de Nemours que l'on doit en $1935$ le $1er$ d'entre eux : le polyamide $6-6$, plus couramment appelé « nylon $6-$ ».
Il s'agit d'un polymère thermoplastique.
Son premier succès commercial remonte en $1940$, on l'utilisait alors dans la fabrication des bas.
Voici le motif de ce polymère :
1. Donner une définition aux termes suivants :
$-\ $une fibre synthétique ;
$-\ $un polymère thermoplastique.
2. Recopier le groupe caractéristique (ou fonctionnel) présent dans la molécule de nylon $6-6$ et donner son nom.
3. En raisonnant sur le motif du polymère, retrouver les formules semi-développées des deux monomères ayant été utilisés lors de la synthèse de ce polymère.
Pour chaque monomère, entourer et nommer les groupes caractéristiques (ou fonctionnels).
4. Écrire l'équation de la réaction de polymérisation.
5. Calculer l'indice moyen de polymérisation du nylon $6-$ sachant que sa masse molaire moyenne vaut $15\,kg\cdot mol^{-1}$
Données : on donne les masses molaires atomiques suivantes, en $g\cdot mol^{-1}$ :
$M(H)=1$ ; $M(C)=12$ ; $M(N)=14$ ; $M(O)=16$
Exercice 9
Certains personnels de laboratoire utilisent une blouse tissée en polypropylène.
1. S'agit-il d'une fibre naturelle, artificielle, synthétique ?
Justifier brièvement votre réponse
2. Le motif de cette macromolécule est:
2.1. En déduire la formule et le nom du monomère.
2.2. Écrire l'équation de la réaction de formation du polymère.
2.3. Quel est le type de cette réaction ?
3.1. Qu'appelle-t-on « degré de polymérisation » ?
3.2. La masse molaire moyenne du polymère étant de $84\,kg\cdot mol^{-1}$, en déduire le degré de polymérisation moyen du polypropylène.
3.3. Indiquer une méthode expérimentale permettant d'évaluer la masse molaire d'un polymère.
4. Quels sont les avantages et inconvénients de cette fibre de polypropylène ?
Quels en sont les usages ?
Exercice 10
Les fibres acryliques
1. Une fibre textile acrylique est un polymère constitué des éléments $C$, $H$, $N.$
1.1. Le monomère est le propènenitrile (ou cyanoéthène ou acrylonitrile).
Sa formule brute est $C_{3}H_{3}N$
1.1.1. Calculer sa masse molaire.
Données
Masses molaires atomiques en $g\cdot mol^{-1}$
$M(H)=1.0$ $M(C)=12.0$ $M(N)=14.0$
1.1.2. Écrire sa formule semi-développée
1.2. Ce monomère dérive d'un alcène et possède une fonction nitrile.
1.2.1. Qu'est-ce qu'un alcène ?
Donner la formule brute générale d'un alcène.
1.2.2. Quel groupe caractérise la fonction nitrile ?
1.3. Ce monomère peut être obtenu par addition d'acide cyanhydrique $(HCN)$ sur l'éthyne (acétylène).
Écrire l'équation-bilan de la réaction chimique.
1.4. Le polymère est appelé polyacrylonitrile.
En représenter le motif.
1.5. L'indice de polymérisation de ce polymère a pour valeur $3000.$
Calculer sa masse molaire moyenne.
2. Une fibre polyacrylate a pour motif
2.1. Quelle est la formule développée du monomère ? $+9$
2.2. Quelle fonction chimique possède-t-il ?
2.3. Donner les formules et les noms de l'acide et de l'alcool qui permettent de synthétiser ce monomère.
2.4. Comment nomme-t-on ce monomère, sachant que l'acide qui permet de le synthétiser est appelé usuellement acide acrylique ?
Exercice 11
La préparation des fibres de la marque Rilsan, propriété de la firme Rhône-Poulenc, nécessite l'utilisation de l'acide $11$-amino undécanoïque de formule NH2-(CH2)10-COOH.
$NH_{2}-\left(CH_{2}\right)_{10}-COOH$
1. Le monomère
Recopier la formule semi-développée de cet acide et encadrer puis nommer les groupes fonctionnels présents dans cette molécule.
2. Réaction de polymérisation
2.1. Écrire l'équation bilan de la réaction de préparation du polymère
Rilsan.
2.2. Préciser le type de polymérisation mis en jeu
3. Le polymère
3.1. Indiquer le groupe fonctionnel présent sur le polymère.
3.2. En déduire la grande famille de polymère auquel il appartient.
3.3. Le polymère obtenu a pour motif
Définir le degré de polymérisation
3.4. Calculer sa valeur dans le cas d'un polymère de masse molaire $73200\,g\cdot mol^{-1}$
Exercice 12
Fibres synthétiques.
Les produits textiles actuels, par leurs performances, apportent à l'homme confort et sécurité :
$-\ $Performances mécaniques des fibres para-aramides, polyéthylène et leur combinaison avec le verre et l'acier.
$-\ $Performances thermiques des fibres méta-aramides.
$-\ $Caractère hydrophobe et fonction imper respirante des textiles associés au polytétrafluoroéthylène.
1. Fibre para aramide (Kevlar).
Les monomères utilisés pour la synthèse de ce polymère sont :
$$H_{2}N-\left(CH_{2}\right)_{6}-NH_{2}\text{ et }HOOC-C_{6}H_{5}-COOH$$
1.1. Quelles sont les fonctions chimiques qui apparaissent sur les molécules proposées ?
Entourer leurs groupes fonctionnels.
1.2. Écrire l'équation de la réaction conduisant au polymère.
De quel type de réaction de polymérisation s'agit-il ?
1.3. Écrire la formule développée du motif.
Entourer le groupe fonctionnel qui le caractérise.
Le nommer.
A quelle famille de polymères appartient cette fibre ?
1.4. Sachant que le degré de polymérisation est $49$, en déduire la masse molaire du polymère.
2. Polytétrafluoroéthylène
Ce polymère est obtenu à partir du tétrafluoroéthylène ou tétrafluoroéthène de formule brute $C_{2}F_{4}$
2.1. Donner la formule développée du monomère et celle du polymère.
2.2. Quel nom est attribué à ce type de polymérisation ?
2.3. Ce polymère permet de réaliser des matériaux hydrophobes présentant la fonction imper respirante.
Expliquer brièvement en quoi consiste cette fonction.
Exercice 13
1. On dispose des deux composés suivants :
$HOOC-\left(CH_{2}\right)_{4}-COOH\text{ et }H_{2}N-\left(CH_{2}\right)_{4}-NH_{2}$
1.1. Identifier l'acide carboxylique et le nommer
1.2. Encadrer le ou les groupe$(s)$ fonctionnel$(s.)$
2. La réaction qui peut se produire entre ces deux corps conduit à un polymère.
2.1. De quel type de polymérisation s'agit-il ?
2.2. Écrire l'équation de la réaction.
2.3. A quelle famille appartient le polymère obtenu ?
2.4. Donner la formule semi-développée du motif de ce polymère.
3. Calculer la masse molaire du motif élémentaire.
4. En déduire la masse molaire du polymère sachant que le degré de polymérisation est $140.$
Exercice 14
1. Fibre synthétique
A REFORMULER
1.1. Écrire la formule développée de l'acide paraphtalique (ou acide benzène carboxylique $-1.4$).
1.2. Écrire la formule semi-développée de l’acide paraphtalique (ou acide benzène dicarboxylique $-1.4$).
1.3. Écrire la formule semi-développée de l'ethanediol.
1.4. De quel type de réaction s'agit-il ? Nommer le produit obtenu.
1.5. Sous quelle appellation commerciale ce produit est-il utilisé pour fabriquer des fibres textiles ?
2. Fibre aramide
Soit le motif de la fibre aramide :
2.1. Justifier le fait que cette macromolécule appartient à la famille des polyamides.
2.2. Donner les formules développées des monomères.
2.3. Indiquer quelques propriétés caractéristiques des polyamides.
Exercice 15
Les parties $1$ et $2$ sont indépendantes.
1. Les textiles artificiels sont fabriqués à partir d'une matière première naturelle, comme la cellulose, que l'on traite ensuite chimiquement.
1.1. La cellulose $\left(C_{6}H_{10}O_{5}\right)n$ est un polymère naturel.
1.1.1. Rappeler la définition d'un polymère.
1.1.2. Que représente $n$ ?
Le nommer.
1.1.3. Citer deux sources naturelles de cellulose.
1.2. Le tri acétate ou tri acétate de cellulose est un triester acétique de la cellulose.
1.2.1. Donner la formule générale d'un ester.
Par quelle réaction chimique prépare-ton un ester ?
Donner le nom des réactifs utilisés et des produits obtenus.
1.2.2. Le motif du tri acétate de
cellulose est :
Pour justifier son nom :
1.2.2.1. Reproduire sur la copie la formule du motif du tri acétate de cellulose et entourer les groupes fonctionnels ester.
1.2.2.2. Donner la formule développée de l'acide acétique ou éthanoïque.
1.2.2.3. Donner la formule développée du motif de la cellulose.
Exercice 16
La peinture est un matériau fluide, qui, après application en couche mince sur un support, donne, par un processus physique ou chimique, un film mince adhérent protecteur et ou décoratif.
Elle est constituée de quatre grandes familles
$-\ $le liant : il apporte les principales propriétés au revêtement,
$-\ $les solvants : ils donnent la fluidité à la peinture pour permettre la fabrication et l'application ; la formation du film se faisant après leur élimination.
$-\ $les additifs : ils modifient ou ajoutent certaines propriétés de la peinture (fongicide, insecticide, $\ldots$).
$-\ $les matières pulvérulentes
$-\ $les pigments : ils apportent la couleur et l'opacité,
$-\ $les matières de charge : ils permettent d'ajouter le renforcement mécanique du contrôle du brillant.
Les peintures polymères, à base de résine alkyde, ou glycérophtalique sont devenues courantes.
Données :
$-\ $masse molaire du carbone : $12\,g\cdot mol^{-1}$
$-\ $masse molaire de l'hydrogène : $1\,g\cdot mol^{-1}$
$-\ $masse molaire de l'oxygène : $16\,g\cdot mol^{-1}$
1. Définir le terme : monomère.
2. La masse molaire de la résine alkyde est de $33.3\,kg\cdot mol^{-1}$
Son degré de polymérisation est de $150$
2.1. En déduire la masse molaire moléculaire du monomère correspondant.
2.2. Sa composition centésimale massique est : prop$(C)=59.5\%$ de carbone, prop$(O)=36\%$ d'oxygène et le reste d'hydrogène.
En déduire la formule brute de la résine.
3. La réaction chimique faisant intervenir le styrène-butadiène est
3.1. Donner les expressions de $a$ et $b$ en fonction de $n$
3.2. Rappeler ce qu'est une polymérisation.
Exercice 17
LE NYLON
La première synthèse du polyamide $6-6$, encore appelé nylon, fut réalisée par Wallace Carothers dans les années $1930.$
Cette fibre, élastique et résistante, est obtenue par réaction entre l'acide adipique et l'hexamethylène diamine.
Formule de l'acide adipique:
Formule de l'hexamethylène diamine:
1. Nommer le groupe fonctionnel de l'acide adipique.
2. Nommer le groupe fonctionnel de l'hexamethylène diamine.
3. Écrire la réaction de polymérisation du nylon.
4. A quelle famille de polymère appartient le nylon? Justifier.
5. On distingue deux categories de matières plastiques: les thermoplastiques et les thermodurcissables.
Ceux dont la structure est linéaire (les réactifs sont bifonctionnels) sont thermoplastiques $(TP)$, ils servent principalement à la production de fibres textiles synthétiques, par filage à l'état fondu. Ceux dont la structure est tridimensionnelle (un des réactifs est trifonctionnel) constituent des «résines» thermodurcissables $(TD)$
5.1. A quelle catégorie $(TP\text{ ou }TD)$ appartient le nylon?
5.2. Lequel, d'un $TP$ou d'un $TD$, résiste le mieux à la chaleur?