Propriétés, types et exemples de polymères synthétiques

Le polymères synthétiques ce sont tous ceux élaborés par la main humaine en laboratoire ou à l'échelle industrielle. Structurellement, ils consistent en l'union de petites unités, appelées monomères, liées pour former ce qu'on appelle une chaîne ou un réseau de polymères.

La structure polymère du type "spaghetti" est illustrée dans la partie inférieure supérieure. Chaque point noir représente un monomère, lié à un autre par une liaison covalente. La succession des points se traduit par la croissance des chaînes polymères, dont l'identité dépendra de la nature du monomère.

Par exemple, si le monomère est l'éthylène (HC₂= CH₂), puis le polymère de polyéthylène est formé (-CH₂-CH₂-CH₂- ...) La quantité de monomères n détermine la longueur de la chaîne et son degré de polymérisation. Contrairement aux produits naturels (protéines, cellulose, caoutchouc, etc.), les polymères synthétiques ne sont pas extraits de sources biologiques.

De plus, la grande majorité de ses monomères sont dérivés du pétrole. Cet objectif est atteint grâce à une série de processus qui consistent à réduire la taille des hydrocarbures et d’autres espèces organiques pour obtenir des molécules petites et polyvalentes.

Index

• 1 propriétés
• 2 types
  • 2.1 Thermoplastiques
  • 2.2 thermostable
  • 2.3 élastomères
  • 2.4 fibres
• 3 exemples
  • 3.1 Nylon
  • 3.2 Polycarbonate
  • 3.3 polystyrène
  • 3.4 polytétrafluoroéthylène
• 4 références

Propriétés

Tout comme les structures possibles des polymères sont diverses, leurs propriétés le sont également. Celles-ci vont de pair avec la linéarité, les ramifications (absentes dans l'image des chaînes), les liaisons et les poids moléculaires des monomères.

Cependant, bien qu'il existe des modèles structurels qui définissent la propriété d'un polymère et, par conséquent, son type, la plupart ont en commun certaines propriétés et caractéristiques. Certains d'entre eux sont:

- Ils ont des coûts de production relativement bas, mais des coûts de recyclage élevés.

- En raison du volume important qui peut occuper leurs structures, ce ne sont pas des matériaux très denses et, de plus, très résistants mécaniquement.

- Ils sont chimiquement inertes ou suffisants pour résister à l'attaque des acides (HF) et des substances basiques (NaOH).

- manque de bandes de conduite; par conséquent, ils sont de mauvais conducteurs d'électricité.

Types

Les polymères peuvent être classés en fonction de leurs monomères, de leur mécanisme de polymérisation et de leurs propriétés.

Un homopolymère est un homopolymère constitué d'unités monomères d'un seul type:

100A => A-A-A-A-A-A ...

Considérant qu'un copolymère est un copolymère composé de deux unités monomères différentes ou plus:

20A + 20B + 20C => A-B-C-A-B-C-A-B-C ...

Les équations chimiques ci-dessus correspondent aux polymères synthétisés par addition. Dans ceux-ci, la chaîne ou le réseau de polymères se développe car ils sont liés à ce plus de monomères.

En revanche, pour les polymères par condensation, la liaison des monomères s'accompagne de la libération d'une petite molécule qui "se condense":

A + A => A-A + p

A-A + A => A-A-A + p…

Dans de nombreuses polymérisationsp= H₂Ou, comme avec les polyphénols synthétisés avec du formaldéhyde (HC₂= O).

Selon leurs propriétés, les polymères synthétiques peuvent être classés comme suit:

Thermoplastiques

Ce sont des polymères linéaires ou peu ramifiés, dont les interactions intermoléculaires peuvent être surmontées sous l'effet de la température. Cela se traduit par un ramollissement et un moulage et facilite leur recyclage.

Thermostable

Contrairement aux thermoplastiques, les polymères thermodurcissables ont de nombreuses ramifications dans leurs structures polymères. Cela leur permet de résister à des températures élevées sans se déformer ou fondre, en raison de leurs fortes interactions intermoléculaires.

Élastomères

Ce sont ces polymères capables de supporter une pression externe sans se casser, se déformer mais retourner ensuite à sa forme initiale.

Ceci est dû au fait que leurs chaînes polymères sont connectées, mais les interactions intermoléculaires entre elles sont suffisamment faibles pour céder à la pression.

Lorsque cela se produit, le matériau déformé a tendance à ordonner ses chaînes dans un arrangement cristallin, "ralentissant" le mouvement provoqué par la pression. Puis, quand il disparaît, le polymère retrouve son amorphe d'origine.

Des fibres

Ce sont des polymères de faible élasticité et extensibilité grâce à la symétrie de leurs chaînes polymères et à leur grande affinité. Cette affinité leur permet d'interagir fortement, formant un arrangement cristallin linéaire résistant au travail mécanique.

Ce type de polymères trouve une utilisation dans la fabrication de tissus tels que le coton, la soie, la laine, le nylon, etc.

Des exemples

Nailon

Le nylon est un exemple parfait de polymère de type fibreux, qui trouve de nombreuses utilisations dans l'industrie textile. Sa chaîne polymère est constituée d'un polyamide ayant la structure suivante:

Cette chaîne correspond à la structure en nylon 6,6. Si vous comptez les atomes de carbone (gris) en commençant et en terminant par ceux liés à la sphère rouge, il y en a six.

De même, il y a six carbones qui séparent les sphères bleues. Par contre, les sphères bleue et rouge correspondent au groupe amide (C = ONH).

Ce groupe est capable d'interagir par des liaisons hydrogène avec d'autres chaînes, qui peuvent également adopter un arrangement cristallin grâce à leurs régularités et à leurs symétries.

En d'autres termes, le nylon possède toutes les propriétés nécessaires pour être classé comme fibre.

Polycarbonate

C'est un polymère plastique (principalement thermoplastique) transparent avec lequel les fenêtres, les lentilles, les plafonds, les murs, etc. sont fabriqués. Dans l'image ci-dessus, une serre en polycarbonate est présentée.

Quelle est la structure de votre polymère et d'où vient le nom de polycarbonate? Dans ce cas, il ne se réfère pas strictement au CO anion₃^2-, mais à ce groupe participant à des liaisons covalentes au sein d'une chaîne moléculaire:

Ainsi, R peut être tout type de molécule (saturé, insaturé, aromatique, etc.), conduisant à une large famille de polymères de polycarbonate.

Polystyrène

C'est l'un des polymères les plus courants de la vie quotidienne. Les gobelets en plastique, les jouets, les éléments d'ordinateur et de télévision et la tête de mannequin dans l'image supérieure (ainsi que d'autres objets) sont en polystyrène.

Sa structure polymérique consiste en l'union de n styrènes formant une chaîne à haute composante aromatique (les anneaux hexagonaux):

Le polystyrène peut être utilisé pour synthétiser d'autres copolymères, tels que le SBS (poly (styrène-butadiène-styrène)), qui est utilisé dans les applications nécessitant un caoutchouc résistant.

Polytétrafluoroéthylène

Aussi connu comme le téflon, est un polymère présent dans de nombreux ustensiles de cuisine avec une action anti-adhérente (casseroles noires). Cela permet de frire des aliments sans avoir besoin d'ajouter du beurre ou d'autres matières grasses.

Sa structure consiste en une chaîne polymère "revêtue" par des atomes de F des deux côtés. Ces F interagissent très faiblement avec d'autres particules, telles que les graisses, les empêchant d'adhérer à la surface de la casserole.

Références

1. Charles E. Carraher Jr. (2018). Polymères synthétiques Récupéré le 7 mai 2018 sur: chemistryexplained.com
2. Wikipedia. (2018). Liste des polymères synthétiques. Récupéré le 7 mai 2018 de: en.wikipedia.org
3. Université Carnegie Mellon. (2016). Polymères naturels vs synthétiques. Récupéré le 7 mai 2018 de: cmu.edu
4. Centre d'apprentissage de la science des polymères. (2018). Polymères synthétiques Récupéré le 7 mai 2018 de: pslc.ws
5. Yassine Mrabet (29 janvier 2010). Nylon 3D [Figure] Extrait le 7 mai 2018 de: commons.wikimedia.org
6. Portail éducatif (2018). Propriétés des polymères. Récupéré le 7 mai 2018 sur: portaleducativo.net
7. Textes Scientifiques (23 juin 2013). Polymères synthétiques Récupéré le 7 mai 2018 de: textoscientificos.com