Beaucoup sont intéressés par la question de la structure des polymères. La réponse vous sera donnée dans cet article. Les propriétés des polymères (ci-après - P) sont généralement divisées en plusieurs classes en fonction de l'échelle à laquelle la propriété est définie, ainsi que de sa base physique. La qualité la plus fondamentale de ces substances est l'identité de leurs monomères constitutifs (M). Le deuxième ensemble de propriétés, connu sous le nom de microstructure, désigne essentiellement la disposition de ces M dans P sur une échelle de un Z. Ces caractéristiques structurelles de base jouent un rôle majeur dans la détermination des propriétés physiques globales de ces substances, qui montrent comment P se comporte comme un matériau macroscopique. Les propriétés chimiques à l'échelle nanométrique décrivent comment les chaînes interagissent à travers diverses forces physiques. À une échelle macro, ils montrent comment le phosphore basique interagit avec d'autres produits chimiques et solvants.
Identité
L'identité des liens répétitifs qui composent le P est sa première etl'attribut le plus important. La nomenclature de ces substances est généralement basée sur le type de résidus monomères qui composent le P. Les polymères qui ne contiennent qu'un seul type d'unité répétitive sont appelés homo-P. Dans le même temps, les Ps contenant deux types d'unités répétitives ou plus sont connus sous le nom de copolymères. Les terpolymères contiennent trois types d'unités répétitives.
Le polystyrène, par exemple, se compose uniquement de résidus de styrène M et est donc classé comme Homo-P. L'éthylène-acétate de vinyle, d'autre part, contient plus d'un type d'unité répétitive et est donc un copolymère. Certains Ps biologiques sont composés de nombreux résidus monomères différents mais structurellement apparentés; par exemple, les polynucléotides tels que l'ADN sont constitués de quatre types de sous-unités nucléotidiques.
Une molécule de polymère contenant des sous-unités ionisables est connue sous le nom de polyélectrolyte ou ionomère.
Microstructure
La microstructure d'un polymère (parfois appelée configuration) est liée à la disposition physique des résidus M le long de la chaîne principale. Ce sont des éléments de la structure P qui nécessitent la rupture d'une liaison covalente pour changer. La structure a une forte influence sur les autres propriétés du P. Par exemple, deux échantillons de caoutchouc naturel peuvent présenter une durabilité différente même si leurs molécules contiennent les mêmes monomères.
Structure et propriétés des polymères
Ce point est extrêmement important à clarifier. Une caractéristique microstructurale importante de la structure du polymère est son architecture et sa forme, qui sont liées à la façon dontles points de ramification conduisent à une déviation par rapport à une chaîne linéaire simple. La molécule ramifiée de cette substance est constituée d'une chaîne principale avec une ou plusieurs chaînes latérales ou ramifications substituantes. Les types de Ps ramifiés comprennent les Ps en étoile, les Ps en peigne, les Ps en brosse, les Ps dendronisés, les Ps en échelle et les dendrimères. Il existe également des polymères bidimensionnels constitués d'unités répétitives topologiquement plates. Diverses techniques peuvent être utilisées pour synthétiser le matériau P avec différents types d'appareils, tels que la polymérisation vivante.
Autres qualités
La composition et la structure des polymères dans la science des polymères sont liées à la façon dont la ramification conduit à une déviation par rapport à une chaîne P strictement linéaire. La ramification peut se produire de manière aléatoire ou les réactions peuvent être conçues pour cibler des architectures spécifiques. Il s'agit d'une caractéristique microstructurale importante. L'architecture d'un polymère affecte bon nombre de ses propriétés physiques, y compris la viscosité en solution et à l'état fondu, la solubilité dans diverses compositions, la température de transition vitreuse et la taille des bobines P individuelles en solution. Ceci est important pour étudier les composants contenus et la structure des polymères.
Branchement
Des branches peuvent se former lorsque l'extrémité en croissance d'une molécule de polymère se fixe soit (a) à elle-même, soit (b) à un autre brin P, les deux, par retrait d'hydrogène, pouvant créer une zone de croissance pour le milieu chaîne.
Effet de ramification - réticulation chimique -formation de liaisons covalentes entre les chaînes. La réticulation a tendance à augmenter la Tg et à augmenter la résistance et la ténacité. Entre autres utilisations, ce processus est utilisé pour renforcer les caoutchoucs dans un processus connu sous le nom de vulcanisation, qui repose sur la réticulation au soufre. Les pneus de voiture, par exemple, ont une résistance élevée et une réticulation pour réduire les fuites d'air et augmenter leur durabilité. Le caoutchouc, quant à lui, n'est pas réticulé, ce qui permet au caoutchouc de se décoller et évite d'endommager le papier. La polymérisation du soufre pur à des températures plus élevées explique également pourquoi il devient plus visqueux à des températures plus élevées à l'état fondu.
Grille
Une molécule de polymère hautement réticulée est appelée un réseau P. Un rapport réticulation/brin (C) suffisamment élevé peut conduire à la formation d'un soi-disant réseau ou gel infini, dans lequel chacune de ces branches est liée à au moins une autre.
Avec le développement continu de la polymérisation vivante, la synthèse de ces substances à l'architecture spécifique devient plus facile. Des architectures telles que les polymères en étoile, en peigne, en brosse, dendronisés, dendrimères et en anneau sont possibles. Ces composés chimiques à architecture complexe peuvent être synthétisés soit en utilisant des composés de départ spécialement sélectionnés, soit d'abord en synthétisant des chaînes linéaires qui subissent d'autres réactions pour se lier les unes aux autres. Les Ps noués consistent en de nombreuses cyclisations intramoléculairesmaillons dans une chaîne P (PC).
Branchement
En général, plus le degré de ramification est élevé, plus la chaîne polymère est compacte. Ils affectent également l'enchevêtrement de la chaîne, la capacité de glisser les uns sur les autres, ce qui à son tour affecte les propriétés physiques globales. Les déformations à longue chaîne peuvent améliorer la résistance, la ténacité et la température de transition vitreuse (Tg) du polymère en raison d'une augmentation du nombre de liaisons dans le composé. D'autre part, une valeur aléatoire et courte de Z peut réduire la résistance du matériau en raison d'une violation de la capacité des chaînes à interagir les unes avec les autres ou à cristalliser, ce qui est dû à la structure des molécules de polymère.
Un exemple de l'effet de la ramification sur les propriétés physiques peut être trouvé dans le polyéthylène. Le polyéthylène haute densité (HDPE) a un très faible degré de ramification, est relativement rigide et est utilisé dans la fabrication, par exemple, de gilets pare-balles. D'autre part, le polyéthylène basse densité (LDPE) a une quantité importante de brins longs et courts, est relativement flexible et est utilisé dans des applications telles que les films plastiques. La structure chimique des polymères favorise justement de telles applications.
Dendrimères
Les dendrimères sont un cas particulier de polymère ramifié, où chaque unité monomère est également un point de ramification. Cela tend à réduire l'enchevêtrement et la cristallisation de la chaîne intermoléculaire. Une architecture apparentée, le polymère dendritique, n'est pas parfaitement ramifié mais a des propriétés similaires aux dendrimèresen raison de leur degré élevé de ramification.
Le degré de complexité structurelle qui se produit pendant la polymérisation peut dépendre de la fonctionnalité des monomères utilisés. Par exemple, dans la polymérisation radicalaire du styrène, l'ajout de divinylbenzène, qui a une fonctionnalité de 2, conduira à la formation de P ramifié.
Polymères techniques
Les polymères techniques comprennent des matériaux naturels tels que le caoutchouc, les matières synthétiques, les plastiques et les élastomères. Ce sont des matières premières très utiles car leurs structures peuvent être modifiées et adaptées pour produire des matériaux:
- avec une gamme de propriétés mécaniques;
- dans une large gamme de couleurs;
- avec différentes propriétés de transparence.
Structure moléculaire des polymères
Un polymère est composé de nombreuses molécules simples qui répètent des unités structurelles appelées monomères (M). Une molécule de cette substance peut être constituée de centaines à des millions de M et avoir une structure linéaire, ramifiée ou en réseau. Les liaisons covalentes maintiennent les atomes ensemble et les liaisons secondaires maintiennent ensuite les groupes de chaînes polymères ensemble pour former le polymatériau. Les copolymères sont des types de cette substance, constitués de deux ou plusieurs types différents de M.
Un polymère est un matériau organique, et la base de tout type de substance est une chaîne d'atomes de carbone. Un atome de carbone a quatre électrons dans son enveloppe externe. Chacun de ces électrons de valence peut former un covalentune liaison avec un autre atome de carbone ou avec un atome étranger. La clé pour comprendre la structure d'un polymère est que deux atomes de carbone peuvent avoir jusqu'à trois liaisons en commun et toujours se lier à d'autres atomes. Les éléments les plus couramment trouvés dans ce composé chimique et leurs nombres de valence sont: H, F, Cl, Bf et I avec 1 électron de valence; O et S avec 2 électrons de valence; n avec 3 électrons de valence et C et Si avec 4 électrons de valence.
Exemple de polyéthylène
La capacité des molécules à former de longues chaînes est essentielle à la fabrication d'un polymère. Considérez le matériau polyéthylène, qui est fabriqué à partir de gaz éthane, C2H6. Le gaz éthane a deux atomes de carbone dans la chaîne, et chacun a deux électrons de valence avec l'autre. Si deux molécules d'éthane sont liées ensemble, l'une des liaisons carbone de chaque molécule peut être rompue et les deux molécules peuvent être reliées par une liaison carbone-carbone. Une fois que deux compteurs sont connectés, deux autres électrons de valence libres restent à chaque extrémité de la chaîne pour connecter d'autres compteurs ou brins P. Le processus est capable de continuer à connecter plus de compteurs et de polymères jusqu'à ce qu'il soit arrêté par l'ajout d'un autre produit chimique (terminateur) qui remplit la liaison disponible à chaque extrémité de la molécule. C'est ce qu'on appelle un polymère linéaire et c'est la pierre angulaire des composés thermoplastiques.
La chaîne polymère est souvent représentée en deux dimensions, mais il convient de noter qu'elle a une structure polymère tridimensionnelle. Chaque lien est à un angle de 109° àensuite, et donc l'épine dorsale de carbone traverse l'espace comme une chaîne torsadée de TinkerToys. Lorsqu'une tension est appliquée, ces chaînes s'étirent et l'allongement P peut être des milliers de fois supérieur à celui des structures cristallines. Ce sont les caractéristiques structurelles des polymères.
