Architecture polymère - Polymer architecture
L'architecture des polymères dans la science des polymères concerne la façon dont la ramification conduit à une déviation d'une chaîne polymère strictement linéaire. La ramification peut se produire de manière aléatoire ou des réactions peuvent être conçues de manière à cibler des architectures spécifiques. C'est une caractéristique microstructurale importante. L'architecture d'un polymère affecte bon nombre de ses propriétés physiques, notamment la viscosité de la solution, la viscosité à l'état fondu, la solubilité dans divers solvants, la température de transition vitreuse et la taille des bobines de polymère individuelles en solution.
Différentes architectures polymères
Branchement aléatoire
Des ramifications peuvent se former lorsque l'extrémité en croissance d'une molécule de polymère atteint (a) sur elle-même ou (b) sur une autre chaîne de polymère, qui, via l'abstraction d'un hydrogène, peuvent créer un site de croissance à mi-chaîne.
Le branchement peut être quantifié par l' indice de branchement .
Polymère réticulé
Un effet lié à la ramification est la réticulation chimique - la 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 applications, ce procédé est utilisé pour renforcer les caoutchoucs dans un procédé connu sous le nom de vulcanisation, qui est basé sur une réticulation par le soufre. Les pneus de voiture, par exemple, sont hautement réticulés afin de réduire les fuites d'air hors du pneu et de renforcer leur durabilité. Le caoutchouc de la gomme, en revanche, n'est pas réticulé pour permettre l'écaillage du caoutchouc et éviter d'endommager le papier. La polymérisation du soufre pur à des températures plus élevées explique également pourquoi le soufre devient plus visqueux à des températures élevées à l'état fondu.
Une molécule de polymère avec un degré élevé de réticulation est appelée réseau polymère. Un rapport réticulation sur chaîne suffisamment élevé peut conduire à la formation d'un réseau ou gel dit infini, dans lequel chaque chaîne est connectée à au moins une autre.
Architectures complexes
Avec le développement continu de la polymérisation vivante , la synthèse de polymères aux architectures spécifiques devient de plus en plus facile. Architectures tels que les polymères en étoile , les polymères peigne, des polymères de brosse , les polymères dendronisés , dendrimères et polymères anneaux sont possibles. Les polymères à architecture complexe peuvent être synthétisés soit en utilisant des composés de départ spécialement adaptés, soit en synthétisant d'abord des chaînes linéaires qui subissent d'autres réactions pour se connecter ensemble. Les polymères noués sont constitués de plusieurs unités de cyclisation intramoléculaire au sein d'une seule chaîne polymère. Les polymères linéaires peuvent également se replier dans des circuits topologiques , formellement classés par leur topologie de contact.
Effet de l'architecture sur les propriétés physiques
En général, plus le degré de ramification est élevé, plus une chaîne polymère est compacte. La ramification affecte également l'enchevêtrement des chaînes, la capacité des chaînes à glisser les unes sur les autres, affectant à son tour les propriétés physiques en vrac. Les ramifications à longue chaîne peuvent augmenter la résistance, la ténacité et la température de transition vitreuse ( Tg ) du polymère en raison d'une augmentation du nombre d'enchevêtrements par chaîne. Une longueur de chaîne aléatoire et courte entre les branches, d'autre part, peut réduire la résistance du polymère en raison de la perturbation de la capacité des chaînes à interagir les unes avec les autres ou à cristalliser.
Un exemple de l'effet de la ramification sur les propriétés physiques peut être trouvé dans le polyéthylène. Le polyéthylène haute densité (PEHD) a un très faible degré de ramification, est relativement rigide et est utilisé dans des applications telles que les gilets pare-balles. Le polyéthylène basse densité (LDPE), d'autre part, a un nombre important de branches longues et courtes, est relativement flexible et est utilisé dans des applications telles que les films plastiques.
Les dendrimères sont un cas particulier de polymère ramifié où chaque unité monomère est également un point de ramification. Ceci tend à réduire l'enchevêtrement et la cristallisation des chaînes intermoléculaires. Une architecture apparentée, le polymère dendritique, n'est pas parfaitement ramifié mais partage des propriétés similaires aux dendrimères en raison de leur degré élevé de ramification.
Le degré de ramification qui se produit pendant la polymérisation peut être influencé par la fonctionnalité des monomères utilisés. Par exemple, dans un radical libre polymérisation de styrène , l' addition de divinylbenzène , qui a une fonctionnalité de 2, se traduira par la formation d' un polymère ramifié.
Voir également
- Topologie de circuit (architecture de pli de polymères linéaires)