Les matières plastiques sont obtenues par réaction en chaîne (polymérisation) entre plusieurs molécules (monomères). Cette réaction que l'on appelle polymérisation permet d'obtenir un polymère qui sera soit une matière plastique, soit une peinture, soit un verni ou encore une colle etc...
Si nous assimilons la synthèse d'un polymère à un jeu de construction à partir des pièces élémentaires (monomères), nous aurons :
| Pièces monofonctionnelles (établit une seule liaison avec une autre pièce) |
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Pièces difonctionnelles (capable d'établir deux liaisons) |
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Pièces trifonctionnelles (trois liaisons) |
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La combinaison de deux aboutit à une petite molécule
qui ne peut plus croître.
Deux combinées peuvent se lier à une troisième, une quatrième etc... Car les extrémités sont toujours fonctionnelles. Exemple :
Mais un accident peut se produire, conduisant à la désactivation d'une ou des extrémités. Cela entraîne l'arrêt de la croissance de la chaîne.
La croissance peut se faire dans trois directions si l'on introduit les pièces
Il est alors possible de synthétiser des macromolécules (molécules géantes) ayant des structures différentes.
Exemples :
Structure linéaire
Structure ramifiée
Structure en peigne
Au début de la réaction de polymérisation chaque molécule de monomère réagit avec son voisin immédiat pour donner une chaîne macromoléculaire. On obtient donc un polymère formé de plusieurs chaînes de longueurs différentes groupées sous forme de pelotes.
L'observation de ces structures à l'échelle macromoléculaire nous renseigne sur les caractéristiques du polymère. Un grossissement à l'échelle moléculaire permet de découvrir le ou les monomères formant la chaîne.
Les monomères
Les monomères sont des molécules organiques, donc constituées essentiellement de carbone (C) et d'hydrogène (H). L'oxygène(O) et d'azote (N) sont en faibles proportions.
Les caractéristiques d'un polymère dépendent en premier lieu du ou des monomères dont il est issu. Et un monomère peut conduire à deux polymères avec des propriétés mécaniques différentes. Pour bien préciser l'influence du monomère sans faire un cours de Chimie macromoléculaire, nous allons considérer quatre polymères courants : le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polystyrène(PS) et le polychlorure de vinyle(PVC).
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On remarque que :
La formule du propylène s'obtient en remplaçant un "H" de l'éthylène par un "CH3"
La formule du styrène s'obtient en remplaçant un "H" de l'éthylène par un "C6H5"
La formule du chlorure de vinyle s'obtient en remplaçant un "H" de l'éthylène par un "Cl"
Le PE est une matière plastique souple car il est constitué d'un enchaînement de -CH2- comme la paraffine.
Le CH3 du propylène est plus volumineux que l'atome d'hydrogène qu'il remplace. Cet encombrement dans la molécule augmente la rigidité de la matière.
Le Cl dans le chlorure de vinyle n'est pas très volumineux mais présente une certaine polarité (il est chargé d'électrons) qui crée des répulsions responsables de la diminution de la flexibilité des chaînes. Le PVC est alors très rigide.
Le styrène porte un groupement C6H5 très encombrant. De ce fait, le PS est très rigide, voire cassant.
Si ces quelques notions permettent de mieux comprendre ce qu'est un polymère, il faut se rendre à l'évidence qu'elles laissent aussi entrevoir la complexité de ce sujet. Le but ce cette page n'est pas de présenter une étude approfondie des polymères.