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Qu'est-ce qu'un polymère?

Qu'est-ce qu'un polymère?

Un polymère est une grosse molécule constituée de chaînes ou de cycles de sous-unités répétitives liées, appelées monomères. Les polymères ont généralement des points de fusion et d'ébullition élevés. Les molécules étant composées de nombreux monomères, les polymères ont tendance à avoir des masses moléculaires élevées.

Le mot polymère vient du préfixe grec poly-, qui signifie "plusieurs", et le suffixe -mer, ce qui signifie "parties". Le mot a été inventé par le chimiste suédois Jons Jacob Berzelius (1779-1848) en 1833, avec toutefois une signification légèrement différente de la définition moderne. La compréhension moderne des polymères en tant que macromolécules a été proposée par le chimiste organique allemand Hermann Staudinger (1881-1965) en 1920.

Exemples de polymères

Les polymères peuvent être divisés en deux catégories. Les polymères naturels (également appelés biopolymères) incluent la soie, le caoutchouc, la cellulose, la laine, l'ambre, la kératine, le collagène, l'amidon, l'ADN et la gomme laque. Les biopolymères ont des fonctions clés dans les organismes, agissant en tant que protéines structurelles, protéines fonctionnelles, acides nucléiques, polysaccharides structuraux et molécules de stockage d'énergie.

Les polymères synthétiques sont préparés par une réaction chimique, souvent en laboratoire. Des exemples de polymères synthétiques comprennent le PVC (chlorure de polyvinyle), le polystyrène, le caoutchouc synthétique, la silicone, le polyéthylène, le néoprène et le nylon. Les polymères synthétiques sont utilisés pour fabriquer des plastiques, des adhésifs, des peintures, des pièces mécaniques et de nombreux objets courants.

Les polymères synthétiques peuvent être regroupés en deux catégories. Les plastiques thermodurcis sont fabriqués à partir d'une substance solide liquide ou molle qui peut être transformée de manière irréversible en un polymère insoluble par durcissement à l'aide de chaleur ou de radiations. Les plastiques thermodurcis ont tendance à être rigides et à avoir des poids moléculaires élevés. Le plastique reste déformé lorsqu'il est déformé et se décompose généralement avant de fondre. Des exemples de plastiques thermodurcis comprennent les résines époxy, polyester, résines acryliques, polyuréthannes et esters vinyliques. La bakélite, le kevlar et le caoutchouc vulcanisé sont également des plastiques thermodurcis.

Les polymères thermoplastiques ou les plastiques thermodurcissables constituent l'autre type de polymères synthétiques. Alors que les plastiques thermodurcis sont rigides, les polymères thermoplastiques sont solides à froid, mais ils sont pliables et peuvent être moulés à une certaine température. Tandis que les plastiques thermodurcissables forment des liaisons chimiques irréversibles une fois durcis, la liaison dans les thermoplastiques s'affaiblit avec la température. Contrairement aux matériaux thermodurcissables, qui se décomposent plutôt que de fondre, les thermoplastiques fondent en un liquide lors du chauffage. Des exemples de thermoplastiques comprennent l'acrylique, le nylon, le téflon, le polypropylène, le polycarbonate, l'ABS et le polyéthylène.

Bref historique du développement des polymères

Les polymères naturels sont utilisés depuis l'Antiquité, mais la capacité de l'homme à synthétiser intentionnellement des polymères est un développement assez récent. Le premier plastique synthétique était la nitrocellulose. Son procédé de fabrication a été mis au point en 1862 par le chimiste britannique Alexander Parkes (1812-1890). Il a traité le polymère naturel de cellulose avec de l'acide nitrique et un solvant. Lorsque la nitrocellulose était traitée au camphre, elle produisait du celluloïd, un polymère largement utilisé dans l’industrie du film et pouvant remplacer l’ivoire par moulage. Lorsque la nitrocellulose était dissoute dans de l'éther et de l'alcool, elle devenait du collodion. Ce polymère a été utilisé comme pansement chirurgical, en commençant par la guerre de sécession et par la suite.

La vulcanisation du caoutchouc est une autre grande réussite de la chimie des polymères. Le chimiste allemand Friedrich Ludersdorf (1801-1886) et l'inventeur américain Nathaniel Hayward (1808-1865) ont découvert de manière indépendante que l'ajout de soufre au caoutchouc naturel l'avait empêché de devenir collant. Le processus de vulcanisation du caoutchouc par ajout de soufre et application de chaleur a été décrit par l'ingénieur britannique Thomas Hancock (1786-1865) en 1843 (brevet britannique) et le chimiste américain Charles Goodyear (1800-1860) en 1844.

Les scientifiques et les ingénieurs pouvaient fabriquer des polymères, mais ce n’est qu’en 1922 que l’on a proposé une explication de leur formation. Hermann Staudinger a suggéré que les liaisons covalentes maintenues ensemble par de longues chaînes d'atomes. En plus d'expliquer le fonctionnement des polymères, Staudinger a également proposé le nom de macromolécules pour décrire les polymères.


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