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Synthèse de polymères

Structure chimique du polymère de nylon ; les atomes sont représentés sous forme de sphères colorées selon le code conventionnel : hydrogène (blanc), carbone (gris), oxygène (rouge). Polymère du plastique Nylon (nylon-6,6), structure chimique - fragment linéaire.

Les polymères constituent une classe de matières composées de répétitions de petites unités chimiques. L'élément de base ou le motif de répétition du polymère est appelé "monomère". La polymérisation, ou synthèse de polymères, est une réaction chimique dans laquelle des monomères sont reliés ensemble par des liaisons covalentes pour former des structures polymériques. La longueur de la chaîne de polymère est caractérisée par le nombre de motifs répétés, ce qu'on appelle également le degré de polymérisation (DP). Le poids moléculaire du polymère est le produit de la multiplication entre le poids moléculaire du motif répété et le DP. Les propriétés de base des polymères dépendent principalement du poids moléculaire, de la structure (linéaire ou ramifiée) et du DP.  

Selon les types de réactions chimiques utilisées, les polymérisations sont regroupées en deux familles : les polymérisations de condensation et d'addition. Dans le cas des polymérisations de condensation, ou par étapes, une réaction de condensation a lieu entre deux monomères bifonctionnels ou trifonctionnels différents pour produire des polymères, et de petites molécules, souvent de l'eau, sont éliminées de la réaction. Dans le cas des polymérisations d'addition, ou en chaîne, le polymère est assemblé en ajoutant des monomères aux sites actifs de la chaîne du polymère, les sites actifs étant régénérés à la fin de chaque cycle de croissance. Un initiateur est nécessaire pour produire l'espèce initiatrice comportant les centres réactifs. Le centre réactif peut être formé d'un radical libre, d'un cation, d'un anion ou d'un complexe organométallique.

Les caractéristiques des polymères dépendent en grande partie des types de monomères et de la méthode de polymérisation employés dans la synthèse. La polymérisation radicalaire vivante, également appelée polymérisation radicalaire contrôlée (PRC), fournit un meilleur contrôle du poids moléculaire du polymère, de la distribution du poids moléculaire, de la fonctionnalité et de la composition du polymère. La PRC peut être utilisée avec une vaste gamme de monomères vinyliques afin de construire des polymères de propriétés diverses pour différentes applications.

Il existe trois techniques de PRC principales :

  • La polymérisation radicalaire par transfert d'atomes (ATRP, atom transfer radical polymerization)
  • La polymérisation par transfert de chaîne réversible par addition-fragmentation (RAFT, reversible addition/fragmentation chain transfer)
  • La polymérisation médiée par le nitroxyde (NMP, nitroxide-mediated polymerization) 

L'ATRP convient bien aux applications de modification de surface qui dépendent d'un caractère hydrophile, de propriétés adhésives ou d'une fonctionnalisation de nanoparticules choisis sur mesure. Les polymères dérivés des méthodes RAFT et ATRP peuvent être modifiés après la polymérisation et sont largement utilisés dans le domaine biomédical pour les applications d'administration de médicaments et d'ingénierie tissulaire. Des copolymères à blocs (ou copolymères séquencés) destinés aux applications biomédicales sont couramment développés à partir de RAFT ou d'ATRP. Les copolymères à blocs, élaborés à partir de la méthode NMP, sont essentiels pour la dispersion de pigments, les dispositifs de mémoire et la fabrication des composites.


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