Chimie organique Chapitre 8 : Matériaux organiques polymères I ) Les polymères 1 ) Les macromolécules Littéralement “grosses molécules” → masse molaires élevées Exemple : Cellulose 2 ) Les polymères Polymère : assemblage de monomères. Utilisation II ) Définitions structurales 1 ) Unités de répétition Homopolymère : constitué d'un seul monomère. Copolymère : comporte au moins deux monomères. Problème : il est impossible de synthétiser des macromolécules d'une seule longueur. → définition de grandeurs moyennes pour caractériser le polymère étudié. 2 ) Degré moyen de polymérisation Il s'agit du nombre moyen de monomères inclus dans une chaîne. On pose : ● ● k le degré de polymérisation d'une chaîne (nombre de monomères dans la chaîne) Nk le nombre de chaînes de degré de polymérisation k ∑ Nk k ̄ n= DP k ∑Nk k 3 ) Masse molaire moyenne On peut la définir de deux manières : ● Masse molaire moyenne en nombre ∑ Nk Mk ̄= M k ∑Nk ∑ Nkk M0 k ̄= M ∑Nk k ● ∑Nkk =M 0 k Masse molaire moyenne en masse ∞ ∑ Nk Mk² M̄ w = 1 ∞ ∑ Nk Mk 1 k ∑ Nk k ̄n =M 0 DP 4 ) Indice de polymolécularité On définit l’indice de polymolécularité qui traduit la dispersion par rapport à une valeur moyenne : M̄ w I p= ̄ M Plus l'indice de polymolécularité est faible, et plus un polymère a des propriétés mécaniques intéressantes. III ) Structure des chaînes de polymères 1 ) Chaînes de copolymères On distingue plusieurs types de copolymères selon l’enchaînement des monomères. Pour un copolymère constitué de 2 monomères A et B: Copolymère statistique : copolymère alterné : copolymère greffé : copolymère à blocs : Influence sur la structure L'état physique microscopique diffère selon la nature des copolymères : ● ● matériau homogène pour statistique ou alterné matériau hétérogène pour greffé ou à blocs 2 ) Ramifications 3 ) Réticulation Il s’agit de liaisons supplémentaires (réticulations) entre chaînes linéaires ou ramifiées déjà formées. Exemple : vulcanisation du caoutchouc IV ) Architecture des polymères vyniliques 1 ) Isomérie de constitution Soit un monomère vinylique R-CH=CH2. Le carbone lié à R est dit tête et l'autre carbone est dit queue. L'enchaînement peut se faire de deux façons : 2 ) Stéréoisomérie de configuration et tacticité Soit un monomère vinylique R-CH=CH2. Dans la chaîne, les groupements R peuvent se placer tridimensionnellement : ● ● Au hasard : polymère atactique Régulièrement : polymère isotactique ou syndiotactique → importance sur les propriétés physicochimiques V ) Conformation des chaînes de polymères 1 ) Etude du butane 2 ) Etude d'une chaîne de polymère Il existe plusieurs conformations possibles : ● Structure linéaire en « zig-zag » Exemple : Kevlar ● Pelote statistique ● Structures ordonnées : hélices ou feuillets ° 1,44 A 3,38 ° A 3,38 ° A 3,38 ° A 3,38 ° A 1,44 ° A 3 ) Polymères amorphes ou semicristallin Polymères amorphes : ● pas d'ordre à longue distance ● désordonné → pelote statistique Polymères semi-cristallins : ● microdomaines ordonnés (cristallites). Exemple : sphérolite de PE VI ) Transition vitreuse 1 ) Classification des polymères Thermoplastiques : par chauffage, ils ramollissent suffisamment pour être moulés et mis en forme sans modification de leur structure chimique, et ceci de manière réversible. Thermodurcissables : une élévation de température provoque le durcissement du matériau en lui conférant sa structure définitive de façon irréversible. Elastomères : polymères ayant des propriétés élastiques réversibles (allongement réversible important). 2 ) Notion de transition vitreuse Quand on apporte de la chaleur à un solide cristallin , il y a fusion à une température fixe Tfus. Quand on apporte de la chaleur à un polymère amorphe, on observe un ramollissement important autour d’une température appelée température de transition vitreuse Tg. Pour T <Tg → état vitreux (le solide est dur et cassant) Pour T > Tg → état caoutchoutique (mou et flexible). Détermination de la température de transition vitreuse Mesure du volume massique du polymère 3 ) Polymères semi-cristallins 4 ) Facteurs influençant la transition vitreuse VII ) Propriétés mécaniques des polymères 1 ) Module d’Young On étudie le comportement d’un solide à l'aide d'essais de traction. On définit : ● ● F la contrainte σ= S 0 l −l 0 ε= l'allongement relatif l0 Définition du module d'Young On définit le module d’Young E par le rapport de la contrainte sur allongement relatif : σ E= ε E est homogène à une pression et est exprimée généralement en Pa, MPa ou GPa. Il traduit la rigidité du matériau, c’est-à-dire la résistance à la déformation. Quelques valeurs du module d'Young 2 ) Evolution du module d’Young en fonction de la température Polymère amorphe : Polymère semi-cristallin Polymère cristallin
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