Les polymères sont de grosses molécules obtenues par assemblage de molécules plus petites appelées des « monomères ». Le motif du polymère est la molécule qui se répète tout au long de la chaine.
La définition :
Le motif est l'ensemble minimal d'atomes ou d'ion attaché à chaque nœud du réseau, …et donc qui engendre la structure cristalline en se répétant identique à lui-même par simple translation quelconque selon les vecteurs de base de la maille.
Les polymères thermoplastiques sont des matériaux formés par des très grosses molécules. Leur poids moléculaire est très important (entre d'environ 30 Kg/mole et plus de 1000Kg/mole). Pour cette raison leur viscosité à l'état fondu est très élevée.
Un polymère peut être naturel ( ex. : polysaccharides, ADN) ; artificiel, obtenu par modification chimique d'un polymère naturel ( ex. : acétate de cellulose, méthylcellulose, galalithe) ; ou synthétique, préparé par polymérisation de molécules monomères ( ex. : polystyrène, polyisoprène synthétique).
Les polymères sont principalement constitués de macromolécules. Les macromolécules sont de longues chaînes d'atomes assemblés par des liaisons covalentes. La formation de ces longues chaînes est appelée polymérisation. A titre d'exemple, une chaîne de PE peut contenir en moyenne 50000 atomes.
Pour la formation d'un polymère d'addition, nous avons besoin d'une liaison insaturée. Comme nous le verrons dans un instant, les électrons supplémentaires dans cette liaison sont la clé de la formation du polymère. Si nous rassemblons plusieurs monomères, aucune réaction ne se produira spontanément.
Une matière plastique (le plastique en langage courant) est un polymère généralement mélangé à des additifs, colorants, charges (miscibles ou non dans la matrice polymère).
Bonne résistance chimique et mécanique. Transparent et se laisse facilement travailler. Remplace souvent le verre car plus léger et incassable. Egalement utilisé dans les peintures, comme liant dans le béton de polymère, pour la réparation de fissures.
Les polymères naturels (ou les biopolymères) sont la base de certains des premiers matériaux utilisés par l'homme : fibres de bois et de végétaux, cuir, tendons d'animaux, laine, soie et cellulose, etc. Ils ont été utilisés abondamment et ont été très importants à travers l'histoire.
Les plastiques sont généralement classés en trois types en fonction de leurs caractéristiques : thermoplastiques, thermodurcissables et élastomères.
nCH2=CHCl --> --[CH2--CHCl ] --n fois polychlorure de vinyle.
Ce terme qui désigne le polymère d'éthylène représente le plastique le plus courant, utilisé comme matière première dans plusieurs domaines d'application. Son nom vient du fait qu'il est obtenu par polymérisation du monomère d'éthylène.
Le motif que l'on retrouve identique à chaque période est appelé motif élémentaire. Une fonction est périodique dans le temps si on peut trouver une période au bout de laquelle le même phénomène se répète à l'identique. La rotation de la Terre autour du Soleil est périodique, avec T = 1 an T = 1\ \text{an} T=1 an.
Si on généralise la notion de structure cristalline à tout constituant (réel ou abstrait) qui respecte la périodicité et l'existence d'un réseau discret typiques d'un cristal, on parle de motif cristallin.
Le degré de polymérisation est directement proportionnel à la masse molaire du polymère. . Il est égal au rapport de la masse molaire moyenne en nombre du polymère à la masse molaire de l'unité monomère, soit : .
Les polymères naturels
La plus importante famille de polymères naturels est celle des polysaccharides (amidon, cellulose, chitine etc…), puis vient celle des polypeptides ou protéines (laines, soies, cheveux/ongles, gluten, lait, soja, maïs, œuf…).
Processus de transformation d'un monomère, ou d'un mélange de monomères, en polymère. La polymérisation désigne une réaction chimique, fonction du temps et de la température, conduisant la matrice ou la résine à se solidifier de manière irréversible (valable uniquement pour les thermodurcissables).
Le polypropylène est un thermoplastique obtenu par polymérisation du propylène. Il donne aussi des copolymères avec l'éthylène. C'est la deuxième matière plastique utilisée après les polyéthylènes. Il possède une grande résistance mécanique, une bonne inertie chimique et est facilement recyclable.
Il existe différentes familles de matériaux : métalliques, organiques, minéraux, plastiques et composites. La conception de nouveaux matériaux répond à différents enjeux.
L'acrylonitrile butadiène styrène (ABS) est un polymère amorphe fabriqué par émulsion ou polymérisation en masse d'acrylonitrile et de styrène en présence de polybutadiène. Les propriétés les plus importantes de l'ABS sont la résistance aux chocs et la dureté.
Le Nylon-6,6 est produit par réaction entre l'hexane-1,6-diamine et l'acide hexanedioïque. Le polymère a pour formule OH - [- CO - (CH2)4 - CO - NH - (CH2)6 - NH-]n - H. Au laboratoire, on utilise le dichlorure d'hexanedioyle au lieu de l'acide.
Refroidi brutalement, le PET est amorphe et transparent. Un refroidissement lent ou l'adjonction de germes de cristallisation (talc, sulfate de baryum) peut le rendre translucide. Le taux de cristallinité ne dépasse cependant jamais 30 %, contre 60 % pour le poly(téréphtalate de butylène) (PBT).
Equation-bilan de la polymérisation n (CCl2 = CH2) → --(-CCl2-CH2--)n- (01 point).