Polymérisation


Polymérisation

La polymérisation désigne la réaction chimique, ou le procédé, permettant la synthèse de polymères à partir de molécules réactives qui peuvent être des monomères ou des pré-polymères linéaires.
En général, en présence de réactifs (catalyseurs...) et sous l'action de la chaleur et de la pression, il se forme des chaînes macromoléculaires constituées de motifs de répétition identiques ou différents, liés de façon covalente.
On obtient des polymères, de masses molaires éventuellement élevées :

  • monodimensionnels (linéaires ou ramifiés) car issus de monomères bivalents ;
  • ou tridimensionnels, issus de la polymérisation de monomères dont la valence moyenne est supérieure à deux[1], ou de la réticulation de polymères monodimensionnels.

On distingue les polymères synthétiques comme le polyéthylène, par opposition aux polymères d'origine naturelle tels la cellulose et les artificiels comme l'acétate de cellulose qui sont préparés par modification chimique de polymères d'origine naturelle.

En industrie textile, la polymérisation est le processus chimique par lequel des résines ou des plastiques sont fixés à des matières textiles au moyen de la chaleur[2].

Sommaire

Catégories de polymérisations

Les réactions de polymérisation peuvent être classées selon deux critères :

  • la formation ou non d'un coproduit de faible masse moléculaire lors de la polymérisation :
La distinction entre polycondensation et polyaddition a été introduite par Wallace Hume Carothers en 1929[3],[4] ;
La distinction entre polymérisation par étapes et polymérisation en chaîne a été introduite par Paul J. Flory en 1953[5].

Polymérisations en chaîne

Article détaillé : Polymérisation en chaîne.

Le cas le plus important concerne la polymérisation des monomères vinyliques (CH2=CHR) ou de formule CH2=CR1R2.

Deux types de polymérisations en chaîne sont à distinguer :

  • la plupart des polymérisations en chaîne sont des polyadditions ;
  • il existe aussi certaines polymérisations en chaîne qui sont des polycondensations : par exemple, la polymérisation de l'oxazolidine-2,5-dione[6].

Les réactions de polymérisation en chaîne comportent trois étapes successives :

  • amorçage, qui permet de créer des centres actifs (amorceurs ou initiateurs), de nature radicalaire (résultant par exemple de la décomposition thermique d'un peroxyde ou de l'AIBN), ionique (anionique ou cationique) ou organométallique (cas de la polymérisation coordinative) ;
  • propagation, durant laquelle les espèces actives permettent la création de chaînes qui croissent par fixation de monomères sur les centres actifs. Dans ce cas, la croissance d'une chaîne polymère résulte exclusivement de réaction(s) entre monomère(s) et site(s) réactif(s) de la chaîne. L'étape de propagation est environ cent mille fois plus rapide que la précédente ;
  • terminaison/transfert : le centre actif finit à un moment par être détruit, entraînant l'arrêt de la croissance de la chaîne. Exemples de réactions de terminaison ou de transfert :

La polymérisation radicalaire et la polymérisation ionique non coordinnée ne sont pas stéréospécifiques.

Réaction d'inhibition

Un inhibiteur (exemple : polyphénols) est une molécule qui se fixe sur les centres actifs en produisant des composés incapables de se fixer sur le monomère. Cette réaction arrête la croissance de la chaîne. Les inhibiteurs sont utilisés durant le transport ou le stockage du monomère pour éviter sa polymérisation. Les inhibiteurs actifs à la température de polymérisation doivent être éliminés (par distillation, lavage) avant de réaliser la polymérisation.

Exemples

Polymérisation de l'éthylène.

Polymérisation du styrol.

Polymérisations par étapes

Article détaillé : Polymérisation par étapes.

Dans ce cas, on peut former des dimères, des trimères... qui peuvent réagir entre eux, et les masses molaires croissent progressivement. Pour fabriquer des polymères de degré de polymérisation élevé, il est nécessaire que la réaction soit totale. Deux types de polymérisations par étapes sont à distinguer :

  • la plupart des polymérisations par étapes sont des polycondensations, qui peuvent être schématisées par :
\mathrm{A-\mathbb{X}_m-B +  A-\mathbb{X}_n-B \rightarrow A-\mathbb{X}_{m+n}-B + AB\uparrow}

avec :

les molécules réactives \mathrm{A-\mathbb{X}_m-B} et \mathrm{A-\mathbb{X}_n-B}, portant les fonctions antagonistes A et B,
m et n=1, 2, 3, ...m ou n.

Exemples :

- polymérisation des diamines primaires et des diacides carboxyliques (molécules bifonctionnelles et bivalentes[7]) qui conduit à des polyamides et à de l’eau :

Condensation polymerization diacid diamine.svg\mathrm{\uparrow},

- prépolycondensation d'une résine aminoplaste, phénoplaste, polyester insaturée, etc., suivie d'une polymérisation complète dans le moule, pour produire un polymère tridimensionnel ;
  • il existe aussi certaines polymérisations par étapes qui sont des polyadditions : par exemple, polymérisation des diols sur les diisocyanates qui conduit aux polyuréthanes.

Le choix des matières premières est très vaste et permet une large variété de combinaisons conduisant à des propriétés et des applications différentes. Les polymères obtenus contiennent souvent des hétéroatomes caténaires (sur la chaîne principale).

Conditions expérimentales

Il existe quatre techniques de préparation : la polymérisation peut se faire en masse, en émulsion, en suspension ou en solution. Ces techniques présentent chacune des intérêts et inconvénients propres.

Contrôle de la (pré)polymérisation / caractérisation

Pour évaluer le degré de polymérisation ou simplement les caractéristiques du (pré)polymère, on utilise des techniques de mesure qui font par exemple appel à la densimétrie (cas des sirops/résines aminoplastes), la viscosimétrie (melt flow index, mesure des masses molaires, du point de gel, etc.), l'osmométrie, la résistance des matériaux (essai de traction...), la DSC et la spectroscopie infrarouge.

Voir aussi : Grandeurs caractéristiques des polymères

Notes et références

  1. Autrement dit, polymères issus de deux monomères dont la valence est au moins égale à 2 pour l'un et 3 pour l'autre.
  2. Lexique, Institut français de l'habillement et du textile
  3. (en) W. H. Carothers, « Studies on Polymerization and Ring Formation », dans Journal of the American Chemical Society, vol. 51, 1929, p. 2548 [lien DOI] 
  4. (en) Paul J. Flory, Principles of Polymer Chemistry, Cornell University Press, 1953, p. 39. ISBN 0801401348
  5. (en) Susan E. M. Selke, John D. Culter, Ruben J. Hernandez, Plastics packaging: Properties, processing, applications, and regulations, Hanser, 2004, p. 29. ISBN 1569903727
  6. Glossaire, GFP
  7. Les diamines primaires sont bivalentes dans les polyamidifications et tétravalentes dans une réticulation avec les diépoxydes.

Articles connexes


Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Polymérisation de Wikipédia en français (auteurs)

Regardez d'autres dictionnaires:

  • polymérisation — [ pɔlimerizasjɔ̃ ] n. f. • 1869; de polymériser ♦ Chim. Union de plusieurs molécules d un composé pour former une grosse molécule. Résines de polymérisation. ⇒ macromolécule, plastique. ● polymérisation nom féminin Réaction de formation des… …   Encyclopédie Universelle

  • Polymerisation — Polymérisation On appelle polymérisation la réaction chimique, ou le procédé, permettant la synthèse d un polymère à partir de monomères. C est une réaction qui à partir de molécules de faible masse moléculaires (monomères), forme par les… …   Wikipédia en Français

  • Polymerisation — (griech.), die Verkettung mehrerer Moleküle eines Körpers zu einem größern Molekül eines neuen Körpers. Solcher P. unterliegen z. B. Olefine bei Einwirkung geringer Mengen von verdünnter Schwefelsäure, Chlorzink, Fluorbor etc., aus Isobutylen… …   Meyers Großes Konversations-Lexikon

  • polymerisation — (Brit.) n. combination of two or more separate molecules to form a more complex molecule (also polymerization) …   English contemporary dictionary

  • Polymerisation — Die Polymerisation ist eine chemische Reaktion, bei der Monomere (meist ungesättigte organische Verbindungen) unter Auflösung der Mehrfachbindung zu Polymeren (Moleküle mit langen Ketten, bestehend aus miteinander verbundenen Monomeren) reagieren …   Deutsch Wikipedia

  • Polymerisation — Po|ly|me|ri|sa|ti|on 〈f. 20; Chem.〉 Zusammentritt von mehreren Molekülen eines Stoffes zu einer neuen Verbindung, deren Molekulargewicht ein ganzzahliges Vielfaches von dem des Ausgangsstoffes beträgt; Sy Polymerisierung * * *… …   Universal-Lexikon

  • Polymerisation — polimerizacija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. polymerization vok. Polymerisation, f rus. полимеризация, f pranc. polymérisation, f …   Fizikos terminų žodynas

  • polymérisation — polimerizacija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. polymerization vok. Polymerisation, f rus. полимеризация, f pranc. polymérisation, f …   Fizikos terminų žodynas

  • polymerisation — chiefly British variant of polymerization …   New Collegiate Dictionary

  • polymerisation — Bonding two or more simple molecules together under heat and pressure to form larger molecules, typically used in the manufacture of plastics …   Petroleum refining glossary