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Le secret des polymères naturels : quels matériaux savez-vous être des cadeaux de la nature ?
Les polymères sont de grosses molécules constituées de nombreuses unités répétitives dérivées d'un ou plusieurs monomères. Les polymères présents dans la nature et les polymères synthétiques jouent un rôle essentiel dans notre vie quotidienne. Des plastiques synthétiques familiers comme le polystyrène aux biopolymères naturels comme l’ADN et les protéines, qui jouent tous un rôle important dans la structure et la fonction biologiques.
Les polymères ont des propriétés telles qu'une ténacité élevée, une élasticité élevée et une tendance à former plus facilement des structures amorphes ou semi-cristallines, ce qui les rend populaires pour les applications biologiques et industrielles.
Le terme polymère vient des mots grecs signifiant « plusieurs » et « partie ». Le terme a été proposé pour la première fois par Jöns Jacob Berzelius en 1833. Cependant, en 1920, Hermann Staudinger a proposé le concept de polymères modernes, mettant l'accent sur leurs grandes structures moléculaires en tant que molécules liées de manière covalente.
Types de polymères naturels
Les polymères naturels peuvent être divisés en plusieurs types, les plus courants sont les suivants :
Polymères naturels
Les polymères naturels tels que le chanvre, l'ambre et le caoutchouc naturel sont utilisés depuis des siècles. De plus, la cellulose, composant principal du bois et du papier, est un autre polymère naturel important.
Polymères synthétiques
Les polymères synthétiques comprennent le polyéthylène, le polypropylène, le chlorure de polyvinyle, le caoutchouc synthétique, etc. La production annuelle de ces matériaux dépasse 330 millions de tonnes. Les polymères courants tels que le polyéthylène ont l'unité répétitive ou le monomère éthylène.
La demande mondiale de polymères naturels et synthétiques ne cesse d'augmenter, ce qui fait que leur gamme d'applications continue de s'élargir.
Synthèse et biosynthèse de polymères
La polymérisation est le processus de combinaison de plusieurs petites molécules (monomères) en une chaîne ou un réseau covalent. Au cours de ce processus, certains groupes chimiques peuvent être perdus dans chaque monomère. Différentes méthodes de synthèse peuvent être divisées en polymérisation par étapes et polymérisation en chaîne, où la polymérisation par étapes peut être subdivisée en polycondensation et polyaddition.
Biosynthèse
Les polymères biologiques dans la nature, tels que les polysaccharides, les chaînes peptidiques et les acides nucléiques, sont synthétisés par des réactions enzymatiques dans les cellules. Par exemple, la formation de l’ADN est un processus catalysé par l’ADN polymérase.
La synthèse de biopolymères joue un rôle important dans la recherche scientifique actuelle, c'est pourquoi ses applications dans divers domaines se sont diversifiées.
Modification des polymères naturels
De nombreux polymères commerciaux importants sont synthétisés par modification chimique de polymères naturels. Par exemple, la nitrocellulose est formée par la réaction de l'acide nitrique et de la cellulose, et le caoutchouc vulcanisé est formé par la réaction à haute température du soufre et du caoutchouc naturel. Ces modifications améliorent non seulement ses performances mais élargissent également sa gamme d'applications.
Pour les polymères synthétiques, leur microstructure, leur poids moléculaire et leur degré de polymérisation sont des facteurs clés qui déterminent leurs propriétés physiques.
Structure et disposition des polymères
La structure des polymères peut être décrite à différentes échelles de longueur, du niveau subnanométrique au niveau macroscopique. La structure de chaque étape constitue la base de l’étape suivante. Les différentes formes structurelles des polymères affectent leurs propriétés physiques et chimiques, notamment en termes de processus de cristallisation et de séparation de phases.
Pensées ultimes
Les polymères démontrent leur importance tant dans l'environnement naturel que dans la société contemporaine. Par conséquent, alors que nous sommes confrontés à une science des matériaux de plus en plus complexe, devrions-nous accorder davantage d’attention aux matériaux naturels et à leurs utilisations potentielles ?
