Classification des polymères

Selon leur origine

• Polymères naturels : biopolymères : ce sont des polymères formés par les organismes vivants^[1] ;
• Polymères artificiels : ces polymères sont obtenus par modification chimique d'un polymère naturel d'origine :
  • végétale : la cellulose est extraite, entre autres, du bois et du coton puis transformée en esters de cellulose, éthers de cellulose... ;
  • animale : la caséine du lait mélangée au formaldéhyde donne la Galalithe...
• Polymères synthétiques : polymères préparés par polymérisation de molécules monomères : polystyrène, polyisoprène synthétique...

Selon la composition chimique de leur chaîne squelettique

Un polymère peut être :

• organiques ;
• inorganiques : les polymères inorganiques sont des polymères dont le squelette ne comporte pas d'atomes de carbone ;
• hybrides : les polymères hybrides sont des polymères qui comprennent des composés organiques et inorganiques.

Un polymère peut être aussi :

• homo-chaînes : un polymère homo-chaîne a une chaîne principale construite avec les atomes d'un seul élément ;
• hétéro-chaînes : un polymère hétéro-chaîne a une chaîne principale construite avec les atomes de plus d'un type d'éléments.

Exemples de polymères organiques homo-chaînes carbone-carbone :

• les polyoléfines (ou polyalcènes)
• les polyalcadiènes polymères de diènes :
  • le polybutadiène -[CH=CHCH₂CH₂]- et ses copolymères : polybutadiène hydroxytéléchélique (PBHT), poly(acrylonitrile-co-butadiène) (caoutchouc nitrile), poly(styrène-co-butadiène) (SBR), poly(styrène-bloc-butadiène) (SBS), poly(acrylonitrile-co-butadiène-co-styrène) (ABS),
  • polyisoprène (IR), polychloroprène, poly(styrène-co-acrylonitrile), polyacétylène, poly(isobutène-co-isoprène) (caoutchouc butyle),
• les polymères acryliques :
  • polyacryliques : -[(ROCO)CHCH₂]- : poly(acide acrylique) (PAA), polyacrylates, polyacrylamide (PAM), polyacrylates d'alkyles (polyacrylate de méthyle (PMA), polyacrylate d'éthyle (PEA), polyacrylate de butyle (PBA)),
  • polyméthacryliques : -[(ROCO)C(Me)CH₂]- : poly(acide méthacrylique) (PMA) et polyméthacrylates,
• les polymères vinyliques :
  • polyvinyles éthers : -[ROCHCH₂]- : polyvinyle méthyle éther (PMVE), polyvinyle éthyle éther, polyvinyle isobutyle éther,
  • polyvinyles alcools : alcool polyvinylique (PVAL) -[HOCHCH₂]- ,
  • polyvinyles cétones : -[RCOCHCH₂]- : polyvinyle méthyle cétone,
  • polyvinyles halogénés : -[CR₂CR₂]- avec R pouvant être un H ou un X (halogène) :
    • polyvinyles chlorés : polychlorure de vinyle (PVC), polychlorure de vinyle surchloré (PVC-C), polychlorure de vinylidène (PVDC),
    • polyvinyles fluorés : polytétrafluoroéthylène (PTFE), polyfluorure de vinyle (PVF), polyfluorure de vinylidène (PVDF), éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), perfluoroalkoxy (PFA),
  • polyvinyles nitrilés : polyacrylonitrile (PAN) -[NCCHCH₂]- ,
  • polyvinyles esters : -[RCOOCHCH₂]- : polyacétate de vinyle (PVAc),
  • polyvinyles acétals : polyvinyle de butyral (PVB), polyvinyle de formal,
  • polyvinylpyridine,
  • poly vinyl pyrrolidone (PVP),
• les polymères styréniques : polystyrène (PS) -[C₆H₆CHCH₂]-,
• les polyarylénealkylène : -[-Ar-(CH₂)_n]-...,

Exemples de polymères organiques hétéro-chaînes carbone-hétéroatome : les familles de polymères les plus connues sont classées ci-dessous selon le groupe fonctionnel constituant leur chaîne squelettique :

• oxygène : polycétones, polyéthers, polyesters, polycarbonates, polyanhydrides,
• azote : polyamines, polyimines,
• oxygène-azote : polyamides, polyimides, polyuréthanes, polyurées,
• oxygène-soufre : polysulfones...,

Selon leur masse molaire moyenne

• Oligomères : masse molaire inférieure à 2 000 g/mol.
• Polymères : masse molaire supérieure à 2 000 g/mol.

Selon le nombre de type d'unités répétitives

• Les homopolymères : ce sont des polymères composés d'un seul type d'unité répétitive. La présence d'une seule unité résulte le plus souvent de la polymérisation d'un seul type de monomère : polyéthylène, polystyrène...
• Les copolymères : ce sont des polymères composés d'au moins deux types d'unités répétitives. Ces matériaux possèdent des propriétés physico-chimiques et mécaniques intermédiaires avec celles obtenues sur les homopolymères correspondants : ABS...

Selon la régularité de l'enchaînement de motifs

• tête à queue : CH₂-CH-R - CH₂-CH-R : cas le plus fréquent,
• tête à tête : R-CH-CH₂ - CH₂-CH-R,
• queue à queue : CH₂-CH-R - R-CH-CH₂.

Selon leurs propriétés thermomécaniques

Types de polymères

• Les polymères thermoplastiques : ce sont des polymères linéaires (ou monodimensionnels), issus de la polymérisation de monomères bivalents. Les unités monomères sont liées de façon covalente. Ils deviennent malléables quand ils sont chauffés, ce qui permet leur mise en forme.
• Les polymères thermodurcissables : ils durcissent de façon irréversible sous l'action de la chaleur et/ou par ajout d'un réactif, les liaisons covalentes se développent dans les trois dimensions, ce sont des polymères tridimensionnels.
• Élastomères : selon le type de réticulation, les élastomères sont classés en deux familles :
  • élastomères thermodurcissables : faible réticulation avec des liaisons covalentes ;
  • élastomères thermoplastiques (TPE)  : faible réticulation avec des liaisons non covalentes comme les liaisons hydrogène.

Selon l'architecture de leur chaîne

Selon le type d'enchaînement des unités répétitives, les polymères peuvent être classés en :

• polymères linéaires,
• polymères ramifiés,
• polymères réticulés.

Selon leur état physique

Un polymère peut se présenter à température ambiante à l'état liquide (plus ou moins visqueux) ou solide.

Selon leur cristallinité

• Polymères amorphes : cas le plus fréquent.
• Polymères semi-cristallins.

Le tableau suivant compare ces deux familles de polymères.

Paramètres	Polymères amorphes	Polymères semi-cristallins
Structure du polymère	Inorganisés : chaînes très ramifiées, désordonnées ou en pelotes	Organisées : chaînes alignées, ordonnées et symétriques
Propriétés mécaniques	Tenue au fluage et au choc, difficile à étirer (peu de fibres ou de films)	Résistance à la fatigue dynamique, bonnes propriétés d'écoulement (possibilité de fabriquer des fibres et des films)
Propriétés optiques	Transparents quand ils ne sont pas modifiés, chargés ou colorés	Translucides ou opaques
Propriétés thermiques		Point de fusion franc
Propriétés chimiques		Bonne tenue chimique en particulier aux hydrocarbures et solvants
Domaine de température d'utilisation	< Tg (température de transition vitreuse)	Tg < utilisation < Tf (température de fusion)
Domaine de température de déformation	> Tg	> Tf
Exemples	PMMA	PP, PEhd, PET

Selon le nombre de liaisons entre les unités constitutives

• Polymères monocaténaires : les unités constitutives adjacentes sont connectées entre elles par deux atomes, un d'un côté et un de l'autre côté de chaque unité constitutive.
• Polymères bicaténaires : les unités constitutives adjacentes sont connectées entre elles par trois ou quatre atomes, deux d'un côté et un ou deux de l'autre côté de chaque unité constitutive.
  • Polymères spiraniques : les unités constitutives adjacentes sont connectées entre elles par trois atomes, deux d'un côté et un de l'autre côté de chaque unité constitutive.
  • Polymères en échelle : les unités constitutives adjacentes sont connectées entre elles par quatre atomes, deux d'un côté et deux de l'autre côté de chaque unité constitutive.
• Polymères multicaténaires (n-caténaires) : les unités constitutives adjacentes sont connectées entre elles par plus de quatre atomes, plus que deux sur au moins un côté de chaque unité constitutive^[2].

Selon l'aromaticité de leur chaîne squelettique

• Polymères aliphatiques : fabriqués à partir de monomères aliphatiques.
• Polymères semi-aromatiques : fabriqués à partir d'un mélange de monomères aliphatiques et aromatiques.
• Polymères aromatiques (les polyaromatiques) : fabriqués à partir de monomères aromatiques.

L'augmentation de l'aromaticité des polymères augmente leur résistance :

• mécanique : chocs, usure, fluage, frottements, etc. ;
• thermique :
  • diminution du coefficient de dilatation, d'où la diminution du retrait au moulage,
  • augmentation de la résistance au feu,
  • augmentation de la température de transition vitreuse,
  • augmentation de la température de dégradation ;
• chimique : solvants...

Les polymères semi-aromatiques ont des températures de fusion élevées donc leur mise en œuvre se fait à des températures plus élevées que celles utilisées pour les polymères aliphatiques.

Les polymères aromatiques n'ont généralement pas de point de fusion ce qui rend leur mise en œuvre encore plus difficile.

Selon leur stéréorégularité

• Polymères stéréo-irréguliers ou atactiques : les substituants sont positionnés aléatoirement.
• Polymères stéréoréguliers :
  • polymères isotactiques : tous les substituants sont du même côté de la chaîne ;
  • polymères syndiotactiques : les substituants sont répartis alternativement d'un côté et de l'autre de la chaîne.

Selon leur charge ionique

• Polymères non chargés : cas le plus fréquent.
• Polymères ioniques.

Selon leur conductivité thermique et/ou électrique

• Polymères isolants : cas le plus fréquent.
• Polymères semi-conducteurs.
• Polymères conducteurs.

Selon leur stabilité thermique

• Polymères thermolabiles : cas le plus fréquent.
• Polymères thermostables.

Références

1. ↑ http://goldbook.iupac.org/B00661.html
2. ↑ [PDF] Glossaire des termes de base en science des polymères

Voir aussi

• Polymérisation
• Modification chimique des polymères
• Procédé de polymérisation