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La chimie des polymères

Support de Cours (Version PDF) -. La chimie des polymères. Société Francophone de Biomatériaux Dentaires. P. WEISS. Date de création du document 2009-2010.



MEC 3320 – Matériaux Polymères

MEC3430 Matériaux polymères. Coordonnateur: Professeur Rachid Boukhili. Séances 1 à 4. Chargé de cours groupe : Djebar Ait Messaoud. Séance 5 à 13.



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1-Structure des polymères 1-1-Concept de base Un polymère est une macromolécule formée de l'enchaînement covalent d'un très grand nombre

  • Quels sont les différents types de polymère ?

    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).

  • Quel est la formule du polymère ?

    Ces polymères sont synthétisés à partir d'un seul type de monomère (ex : CH2 = CH2). Lors de la synthèse, un très grand nombre de ces monomères se lient les uns aux autres par des liaisons covalentes simples, afin de former une très longue chaîne. n. CH2 = CH2 => -(-CH2 -- CH2-)-n ou

  • Quelles sont les trois grandes classes de polymères selon leurs propriétés ?

    Suivant leurs propriétés physiques, les polymères peuvent être classés en trois grands groupes : les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères.
  • Pour former un polymère à partir d'un monomère, le monomère doit être capable de former des liaisons simples supplémentaires (par exemple, en ayant des liaisons doubles ou triples pouvant « s'ouvrir »), ou des parties du monomère doivent être perdues de sorte que le prochain monomère peut se fixer à la chaîne.

1-Généralités sur les polymères

Julien PINAUD

IUT Nîmes - SGM

De la molécule au matériau

Minérales

Pétrole AE Naphta

Charbon,

90%

Matières premières

Végétales

Bois (cellulose),

Coton (cellulose),

Hévéa (latex),

Distillation 10% TP chimie organique (CH)

Monomères

Polymérisation (en chaîne, par étapes)

TD chimie des polymères (CH)

Polymères Thermoplastiques Thermodurcissables

Transformations

Composites

Renforts

(Verre, Carbone)

Charges

X1

Mise en

°XYUH GHV

polymères (Document)

Transformations

Injection, Pultrusion, Pressage,

Compression-transfert, Contact

et projection,

Enroulement filamentaire

Extrusion

Extrusion gonflage

Calandrage

Thermoformage

Injection,

Injection soufflage

Enduction

Rotomoulage

Pièces plastiques

Automobile/Transport

Electricité/Electronique

Emballage

Sports et loisirs

Bâtiments et Travaux publics

Santé

3

1- Définitions

matière plastique matière plastique = polymère + adjuvants polymère = constituant principal de la MP matrice de la MP

1 chaîne polymère

adjuvant

¾POLYMERES Plastiques

nature chimique aspect mécanique mono/copolymères élasticité, plasticité

Polymère = Macromolécule

Molécule de très grande dimension obtenue

100aines de

milliers de fois du motif monomère.

POLYMERES : poly + méros

Plusieurs Parties

4 début de réaction

Monomères : M

étape intermédiaire fin de réaction

polymère n M -(M)n- CH2 CH Cl n chlorure de vinyle CH2 CH Cl n PVC réaction entre monomères pour former un produit final appelé polymère Polymérisation:

Unité monomère

Propriétés

Mn ou Mw

Oligomères Polymères 5000 g.mol-1

Degré de polymérisation (DPn)

polymère vont dépendre de : sa structure chimique sa masse molaire Mn ou Mw sa morphologie

Macrocycle Polymère en étoile

Polymère ramifié

2- Les grands types de polymères

Thermoplastiques Thermodurcissables Elastomères

Polymères fusibles, amorphes

ou semi-cristallins, dont les chaînes peuvent être séparées les unes des autres et avec une Tg ou une Tf > Tamb.

1) Amorphes = Plat de spaghetti

2) Semi-cristallin = Plat de

spaghetti+ parties ordonnées

Polymères infusibles,

amorphes, dont toutes les chaînes sont liées les unes aux autres et avec une Tg > Tamb.

Thermodur = filet de pêche

en 3D avec des mailles rigides

à Tamb

Un élastomère est un

matériau amorphe, souvent réticulé, et présentant une Tg faible (souvent inférieure à

о40 °C).

Elastomère = filet de pêche

en 3D avec des mailles souples à Tamb 6

Exercice

M = n x M0 Mchaîne ™ 0unité monomère Ù

3.2. Polymolécularité

polymère notion de distribution de masses notion de masse molaire moyenne car toutes les chaînes ne grandissent pas à la même vitesse polymère isomoléculaire (masse unique) extrêmement rare polymère polymoléculaire (distribution de masses) très important

3. Notions de polymolécularité et de masse molaire moyenne

7

3.3. Masses molaires moyennes

ˆ Masse molaire moyenne en nombre ( )

nM ii iii nN MNM nombre total de macromolécules (g.mol-1)

0MDPMnn

ˆ Degré de polymérisation moyen en nombre ( ) nDP nombre de macromolécules i i ii nN iNDP nDP

ˆ Masse molaire moyenne en poids ( )

wM iii iii wMN MNM 2 (g.mol-1)

Exercice

Va être influencé par les faibles masses molaires Va être influencé par les fortes masses molaires

3. Notions de polymolécularité et de masse molaire moyenne

8

3.4. Indice de polymolécularité (Ĉ)

indique la largeur de la distribution des masses Ni

Mi (g.mol-1) Mp

Ni

Mi (g.mol-1) Mp

Ĉ faible Ĉ élevé

n w M MÐ

Ĉ = 1 polymère isomoléculaire

Exercice

3. Notions de polymolécularité et de masse molaire moyenne

9 ˆ copolymères statistiques A-A-B-A-B-B-B-A-B

3.1. Copolymères : arrangements des motifs monomères

ˆ copolymères alternés A-B-A-B-A-B-A-B ou (A-B)n ˆ copolymères à blocs = copolymères séquencés "B$-A-A-A-B-B-"BB-B-B-B-B-B-%"B $6$ $%6" -(A)n-(B)m- -(A)n-(B)m-(C)p- copolymères triblocs copolymères diblocs SAN ou (A)n-b-(B)m

Exercice

4. Copolymères

Copolymère : polymère constitué de plusieurs natures de monomères (A)n-(B)m 10 ˆ copolymère : polymère constitué de plusieurs natures de monomères ˆ polymère constitué de trois types de monomères exemple : Acrylonitrile-Butadiène-Styrène (ABS)

CH2CHCH2CH

CN

CHCH2CH2CH

ˆ polymère constitué de deux types de monomères exemple : Styrène-AcryloNitrile (SAN)

CH2CHCH2CH

CN elastomère thermoplastique triblocs

ˆ Styrène-Butadiène-Styrène (SBS)

CH2CHCH2CHCHCH2CH2CH

4. Copolymères

4.2. Applications des copolymères à blocs

mélange immiscible mauvaises propriétés mécaniques mélange compatible bonnes propriétés mécaniques adhésion des deux phases compatibilité des deux phases

LQPHUMŃPLRQV VSpŃLILTXHV"

An Bm copolymère compatibilisant An-Bm 11

PS choc PS choc + copolymère blocs

PB PS

4. Copolymères

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