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Structure et propriétés des polymères – thermoplastiques, thermodurcissables et élastomères

ChimieBiomolécules et polymères17–18 ans

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Un modèle de chaînes d’un polymère : réglez la longueur des chaînes, les ramifications, les réticulations et les forces entre chaînes, puis chauffez ou étirez l’échantillon. Les thermoplastiques linéaires se ramollissent, coulent et peuvent être remoulés ; les thermodurcissables à réticulations covalentes se carbonisent, et les élastomères peu réticulés s’étirent puis reprennent leur forme. Température de ramollissement, masse volumique, cristallinité et résistance à la traction se mettent à jour en direct (PEBD et PEHD), et l’écran Fabriquer des polymères compare polyaddition et polycondensation (polyesters, polyamides, eau éliminée) et hydrolyse les chaînes pour montrer quels plastiques sont biodégradables.

Leçon : Polymères : structure et propriétés, thermoplastiques et thermodurcissables, polyaddition et polycondensation

Ce qu’elle montre

Les propriétés d’un polymère dépendent de la façon dont ses longues chaînes sont liées. Dans un thermoplastique, seules des interactions intermoléculaires agissent entre les chaînes : en chauffant, elles glissent, et le matériau se ramollit, coule et peut être remoulé. Des forces plus intenses, des chaînes plus longues et un empilement plus compact élèvent la température de ramollissement et la résistance ; les ramifications, comme dans le PEBD (LDPE), abaissent la masse volumique et la résistance par rapport au PEHD (HDPE) linéaire. Quelques réticulations covalentes donnent un élastomère ; beaucoup donnent un thermodurcissable rigide qui se carbonise au lieu de fondre.

Mode d’emploi

Dans Chauffer, choisissez un exemple comme LDPE ou HDPE, ou réglez Longueur des chaînes, Ramifications par chaîne, Réticulations par chaîne et Forces entre chaînes, puis cliquez sur Chauffer ▲ et Refroidir ▼ en suivant le graphique de hauteur. Dans Étirer, cliquez sur Étirer puis Relâcher et comparez les courbes contrainte–allongement. Nouvel échantillon garde la dernière courbe en gris. Dans Fabriquer des polymères, choisissez un polymère, puis Ajouter un monomère ou Auto, puis Hydrolyser.

Paramètres modifiables

  • Essai Chauffer, Étirer, Fabriquer des polymères
  • Longueur des chaînes (chaque perle représente de nombreux motifs) 10–60 perles
  • Ramifications par chaîne 0–10
  • Réticulations par chaîne 0–10
  • Forces entre chaînes Faibles (forces de London), Moyennes (dipôle–dipôle), Fortes (liaisons hydrogène)
  • Polymère (écran Fabriquer des polymères) Poly(éthène) – polyaddition, PET – polyester (polycondensation), Nylon-6,6 – polyamide (polycondensation), PLA – polyester biodégradable (polycondensation)

Questions à explorer

  1. Pourquoi le PEBD a-t-il une masse volumique et une température de ramollissement plus faibles que le PEHD, issu du même monomère ?
  2. Pourquoi un polymère thermodurcissable se carbonise-t-il quand on le chauffe au lieu de fondre comme un thermoplastique ?
  3. Pourquoi des polymères de condensation comme le PLA peuvent-ils se biodégrader alors que le poly(éthène) persiste dans l’environnement ?

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