Polymérisation par étape

La polymérisation par étape est un mécanisme de polymérisation qui procède par des étapes indépendantes. Les monomères avec deux ou plusieurs groupements fonctionnels réagissent pour former en premier lieu des dimères, ensuite des trimères...



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Polymère - Réaction organique - Réaction chimique - Chimie générale

Page(s) en rapport avec ce sujet :

  • I] Introduction générale à la polymérisation par étapes. 13.1) Généralités...... On va s'intéresser aux molécules ayant plus de deux fonctions réactives.... (source : chimie.sup.pagesperso-orange)
  • 10 nov. 1994... 3.1 - Caractères généraux; 3.2 - Polymérisation par étapes de monomères... entre les fonctions antagonistes portées par des molécules... (source : techniques-ingenieur)
  • Réactions de polymérisation par étapes La formation de macromolécules résulte de ... portées par des molécules comportant au moins deux fonctions chimiques.... (source : books.google)

La polymérisation par étape est un mécanisme de polymérisation qui procède par des étapes indépendantes. Les monomères avec deux ou plusieurs groupements fonctionnels réagissent pour former en premier lieu des dimères, ensuite des trimères et oligomères plus longs, et ensuite des polymères à chaine longue. Ce mécanisme est à distinguer de la polymérisation en chaîne, qui procède plutôt par l'addition successive et rapide de molécules sur un centre actif.

Deux types de polymérisations par étape sont à distinguer :

La polymérisation par étape est un procédé de synthèse particulièrement utilisé au plan industriel.

Généralités

Les molécules initiales peuvent être de deux types :

Attention, ces monomères initiales ne sont pas semblables aux motifs de répétition qui se trouvent au polymère final.

Les molécules initiales réagissent pour donner de plus grosses molécules qui elles-mêmes pourront réagir et former des chaînes de plus en plus longues :

X-\/\/\-X-Y-\/\/\-X-\/\/\-Y

Exemple d'un polyamide : formation du nylon 6-6 par réaction entre l'acide hexanedioïque et l'hexaméthylènediamine, les deux groupements fonctionnels sont des groupements acides et amines :

Synthèse Nylon 6,6.png

Le nylon 6-6 est un polymère linéaire thermoplastique et semi-cristallin, avec température de transition vitreuse Tg = 50 °C et température de fusion Tf = 270 °C, utilisé comme fibre textile.

Pour qu'il y ait formation d'un polymère par polymérisation par étape, il faut obligatoirement que chaque molécule d'origine possède au moins deux fonctions réactives. Ces molécules sont dites difonctionnelles. Pour considérer les caractéristiques d'un mélange de différentes molécules initiales, on introduit la notion de fonctionnalité moyenne.

Notion de fonctions réactives et de fonctionnalité

Les polymérisations par étape ont lieu si les monomères possèdent des fonctions réactives appropriées. Les principales fonctions réactives utilisées sont :

La fonctionnalité est le nombre de fonctions réactives présentes dans les monomères et capable de participer à la croissance de la chaîne.

La fonctionnalité moyenne d'un mélange est obtenue par la formule :

\bar {f} = \frac {\sum n_i \times f_i} {\sum n_i}

où ni représente le nombre de molécules initiales concernées et fi leur fonctionnalité respective.

Si la fonctionnalité moyenne est inférieure à 2, la polymérisation s'arrêtera d'elle-même. Si elle est supérieure à 2, il y a de multiples possibilités de ramification ou formation de chaîne latérale. Il peut aussi y avoir une réticulation donnant un réseau tridimensionnel insoluble et infusible.

Degré d'avancement d'une réaction de polymérisation par étape

Soit N0, le nombre de molécules initiales. N0 × \bar{f} est alors le nombre de fonctions initiales.

Notons N le nombre de molécules initiales restant à l'instant t. À ce moment-là, 2 \times (N_0 - N) fonctions ont été consommées. On définit le degré d'avancement (ou taux de conversion) p à un instant t comme le rapport entre le nombre de fonctions chimiques consommées sur le nombre de fonctions chimiques initiales.

p = \frac {2 \times (N_0 - N)} {N_0 \times \bar f}

L'équation de Carothers permet d'évaluer le degré de polymérisation moyen et alors la masse molaire moyenne à partir de ce degré d'avancement.

Notes et références

Voir aussi

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