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La polymérisation : Les monomères usuels

Dossier - Vulgarisation : les polymères synthétiques
DossierClassé sous :physique , polymérisation , polycondensation

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Les polymères nous entourent et leur place va croissante dans notre vie quotidienne. Les polymères ?! Qu'est-ce donc ?? Comment sont-ils obtenus ? Pourquoi tel composé chimique polymérise et l'autre pas ? Selon quelle voie ? Mais où les trouvent-on ? le but de ce dossier est de tenter de répondre à ces questions.

  
DossiersVulgarisation : les polymères synthétiques
 

Les polymères synthétiques sont élaborés par polymérisation de monomères. Les monomères sont actuellement presque en totalité issus de la pétrochimie. Toute molécule chimique ne peut être considérée comme un monomère. Pour qu'un groupement chimique puisse participer à une réaction de polymérisation, il faut qu'il soit capable d'établir des liaisons covalentes avec d'autres groupements. On parle alors de groupements fonctionnels. Chacun des groupements fonctionnels est capable d'établir une ou plusieurs liaisons covalentes avec un autre monomère. La fonctionnalité d'un monomère correspond au nombre de sites actifs disponibles dans ce monomère.

Exemples de groupements fonctionnels utilisés dans la polymérisation. Les oligomères sont des chaînes formées à partir d'un faible nombre de monomères.

Les polymères obtenus à partir de monomères vinyliques (H2C=CHR, vinyle), encore appelés polymères vinyliques, constituent la grande majorité des polymères d'usage courant.

Les monomères ou les mélanges de monomères ayant une fonctionnalité inférieure à 2 conduisent à des macromolécules de faibles masses molaires alors que les monomères ayant une fonctionnalité strictement égale à 2 conduisent à des polymères linéaires ou ramifiés. Ces derniers ont des masses molaires moyennes élevées et sont fusibles : ce sont des thermoplastiques. Ils peuvent être amorphes ou semi-cristallins. Les thermoplastiques sont mis en forme en les portant simplement à une température supérieure à leur température de fusion ou à une température supérieure à la température de transition vitreuse pour les verres organiques amorphes. Ils sont solubles dans certains solvants organiques. La mise en forme par élévation de température est « réversible » : ils peuvent être refondus plusieurs fois sans altération.

Les monomères ou les mélanges de monomères ayant des fonctionnalités strictement supérieures à 2 conduisent à la formation de réseaux tridimensionnels. Ces matériaux sont des thermodurcissables. Ils sont infusibles et insolubles mais peuvent être gonflés par des solvants judicieusement choisis qui établissent des interactions chimiques avec les groupements contenus dans le polymère. Ainsi, un polymère tridimensionnel contenant des fonctions polaires établira des interactions fortes avec des solvants polaires. Contrairement aux thermoplastiques, les thermodurcissables subissent une modification permanente lors de leur mise en forme.

Lorsque la polymérisation se fait avec un seul type de monomère, le matériau obtenu est un homopolymère. Lorsque plusieurs types de monomères sont utilisés, le matériau résultant est un copolymère. Le terme copolymère est actuellement un terme générique. Il correspondait initialement à la polymérisation avec deux types monomères différents.

On devrait parler de terpolymère lorsque trois types de monomères différents sont utilisés. Un copolymère synthétisé à partir des monomères A et B peut être :

• Alternés : ABABABABABA. Dénomination : poly(A-alt-B)
• Aléatoires ou statistiques : AABBABABAABAABBBBA. Dénomination : poly(A-co-B)
• Blocs : AAAAABBBBB. Dénomination : poly(A-b-B)