Pr Hatem BEN ROMDHANE

Faculté des Sciences de Tunis Département de Chimie

CHAPITRE III

L’ORGANISATION SUPRAMOLECULAIRE

1. L’état liquide Le liquide est isotrope, c’est-à-dire que les molécules qui le constituent ne suivent aucun ordre. A l’état liquide, fondu ou solvaté, les polymères se présentent sous la forme de pelotes statistiques plus ou moins enchevêtrées.

2. L’état cristalliquide Le cristal liquide présente toujours la propriété d’écoulement, mais les molécules qui le constituent sont assemblées suivant un certain ordre de type cristallin. Il présente un comportement anisotrope. Les régions ordonnées du liquide sont appelées des mésophases. Ce sont des groupes rigides (mésogènes) en forme de bâtonnet ou ayant la forme de disques (figure 1).
RO OR

X

Z

XRO

OR

A

B

C

Figure 1 : mésogènes en forme de bâtonnet (A et B) ou en forme de disque (C) Suivant la façon dont les molécules sont orientées dans les mésophases, il existe principalement trois types de cristaux liquides (figure 2).

nématique

smectique

cholestérique

Figure 2 : représentation schématique des différents ordres moléculaires dans les trois types de cristauxliquides Les mésogènes peuvent appartenir à la chaîne macromoléculaire ou se présenter comme des groupements pendants (Figure 3).
COURS POUR LES ÉTUDIANTS DE PREMIÈRE ANNÉE DE MASTER DE CHIMIE

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L’ORGANISATION SUPRAMOLÉCULAIRE

Mésogènes dans la chaîne

Mésogènes pendants

Figure 3 : Disposition des groupes mésogènes (rectangles) et des jonctions flexibles (zigzag) dans les cristauxliquides 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 supérieuresaux 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® deDupont 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 polymèrescristaux liquides sont faiblement solubles. On utilise alors des espaceurs flexibles pour améliorer leur solubilité.
O C C O NH NH

mésogènes
O C NH O C NH

CH3

espaceurs

CH2

Si CH3

O

Figure 4: mésogènes et espaceurs utilisés dans le KEVLAR®

CHAPITRE-III

2

Pr Hatem BEN ROMDHANE

Faculté des Sciences de Tunis Département de Chimie

3. L’état solide : Polymèrescristallins 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 solutiondétermine 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…