L'ORGANISATION SUPRAMOLECULAIRE - Orgapolym

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<strong>L'ORGANISATION</strong> SUPRAMOLÉCULAIRE Mésogènes dans la chaîne Mésogènes pendants Figure 3 : Disposition des groupes mésogènes (rectangles) et des jonctions flexibles (zigzag) dans les cristaux liquides Dans les polymères cristaux liquides, on distingue deux types de comportement : • Les polymères thermotropes qui se forment par fusion. Ils ont des substituants volumineux, et on y trouve une jonction flexible entre mésogènes • Les polymères lyotropes se forment en présence d'un solvant. En solution, à partir d'une certaine concentration, les interactions chaîne-chaîne deviennent supérieures aux interactions solvant-chaîne. La morphologie des cristaux liquides peut être influencée par des champs électriques ou magnétiques externes; ils peuvent changer de couleur avec la température et peuvent présenter un très haut pouvoir rotatoire. De plus le produit final conserve à l'état solide l'ordre existant à l'état liquide, ce qui donne d'excellentes propriétés mécaniques. Le KEVLAR ® de Dupont de Nemours en est un exemple (figure 4). Il s'agit d'un polyamide aromatique à liaisons amides (d'où leur nom aramide) dont les propriétés sont très différentes des polyamides aliphatiques courants (nylon). Dans les fibres obtenues par extrusion, les chaînes macromoléculaires sont alignées. La résistance à la rupture en tension est supérieure à celle de l'acier. Malheureusement les polymères cristaux liquides sont faiblement solubles. On utilise alors des espaceurs flexibles pour améliorer leur solubilité. O C C NH NH O mésogènes O O C NH C NH espaceurs CH 3 CH 2 Si O CH 3 Figure 4: mésogènes et espaceurs utilisés dans le KEVLAR ® CHAPITRE-III 2
Pr Hatem BEN ROMDHANE 3. L'état solide : Faculté des Sciences de Tunis Département de Chimie Polymères cristallins et semi-cristallins Lorsqu'un polymère a une structure hautement stéréorégulière avec très peu ou pas de ramifications, ou quand il contient des groupes polaires pouvant donner des interactions dipôle-dipôle, il peut se présenter sous forme cristalline. Outre les facteurs structuraux, la cinétique de refroidissement d'un polymère fondu ou de sa cristallisation à partir d’une solution détermine le degré de cristallinité ainsi que la morphologie de la zone cristalline. Si le refroidissement est rapide, le caractère amorphe sera largement favorisé. La température de cristallisation a également une influence sur la morphologie cristalline. Si cette température est basse, la germination est favorisée mais la vitesse de croissance sera faible et on obtient plusieurs zones cristallines de petite taille. Si la température est élevée, peu de germes naissent et l’agitation thermique favorise la croissance ce qui donne alors un petit nombre de zones cristallines de grande taille. Enfin, la cristallisation peut être induite et favorisée mécaniquement, soit à l’état solide soit à partir d’un état fondu, par étirage uniaxial. C’est une orientation préférentielle des chaînes selon l’axe d’étirage. Simultanément, une cristallisation est très souvent observée. L’étirage est particulièrement utilisé pour traiter les fibres et obtenir ainsi une résistance mécanique élevée dans la direction de l’étirage (filage de la laine..) (figure 5). Sens de l'étirage Figure 5: l'étirage d'un polymère amorphe non orienté peut induire une cristallisation Dans la maille cristalline, la chaîne polymère adopte une conformation qui correspond à son état d'énergie potentielle minimum. Ainsi le polyéthylène adoptera une conformation en zigzag trans-trans (figure 6), alors que le polypropylène, en raison de l'encombrement stérique de ses groupements méthyle, sa conformation la plus stable est la trans gauche (figure 7) qui conduit à une structure hélicoïdale (figure 8). Les polyamides eux se mettent en feuillets. Le plus souvent, la cristanillité n'existe que dans certaines régions (figure 9). Dans tous ces exemples, les macromolécules flexibles (PP ou PE) ou rigides (Kevlar) se présentent sous forme de chaîne en extension et le polymère est dans ce cas anisotrope avec une bonne résistance mécanique. Cependant, et c'est d'ailleurs le cas le plus fréquent, les macromolécules peuvent se présenter sous forme de chaînes repliées. Dans ce cas, plusieurs modèles ont été observés: COURS POUR LES ÉTUDIANTS DE PREMIÈRE ANNÉE DE MASTER DE CHIMIE 3
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