CATALYSEURS MÉTALLOCÈNES

Les polymères connaissent un développement de plus en plus important, prenant progressivement la place d'autres matériaux, comme les métaux, pour des applications à température modérée et exigeant à la fois une bonne tenue mécanique et une certaine légèreté. Grâce à l'agencement de nombreux types de briques élémentaires – les monomères –, il est possible d'obtenir une grande diversité de propriétés. Ainsi, on est capable aujourd'hui de réaliser en polymères l'équivalent des alliages en construisant une chaîne par association de différents monomères, processus que l'on appelle la copolymérisation. L'optimisation de la structure des diverses chaînes est à l'origine de progrès constants. Parmi les évolutions les plus récentes, la catalyse utilisant des complexes de type métallocènes du titane et du zirconium permet de perfectionner les polyoléfines, c'est-à-dire les polyéthylènes et les polypropylènes. Ces produits représentent la moitié des polymères synthétiques ; ils sont présents dans de nombreux objets de la vie quotidienne tels que les emballages, les isolants, les tuyaux, les fibres, les jouets, les pièces d'automobile...

La chimie de la polymérisation

Les polymères produits par réactions en chaîne, en particulier l'essentiel des polymères thermoplastiques, se sont développés en deux temps : il a fallu tout d'abord connaître les réactions, puis les contrôler parfaitement. Pour la polymérisation, on peut utiliser les outils de base de la synthèse organique, par exemple en faisant interagir une espèce électrophile, pauvre en électrons, et une espèce nucléophile, riche en électrons. C'est le point de départ des polymérisations ioniques. On peut aussi avoir recours aux espèces très réactives à nombre impair d'électrons que sont les radicaux libres. Ceux-ci, en voulant s'apparier, propagent la réaction. Enfin, il est possible d'affaiblir la barrière d'énergie qui s'oppose à la réaction par l'utilisation d'un catalyseur.

Quelle que soit la méthode utilisée, une chaîne de plusieurs centaines à plusieurs milliers d'unités est difficile à obtenir du fait de l'existence de réactions secondaires. Il est nécessaire que la réaction permettant la croissance de la chaîne domine totalement toutes les autres qui s'y opposent. De plus, les propriétés de nombreux polymères ne s'expriment parfaitement que lorsque l'enchaînement des unités présente une organisation parfaite, en particulier en permettant aux chaînes régulières de cristalliser, ce qui est alors source d'une bonne tenue mécanique. Le même carbone d'une unité doit alors toujours se lier au même carbone de l'unité précédente. Le placement régulier d'un substituant latéral donnera aux chaînes de polymères la possibilité de s'organiser en forme d'hélices régulières qui pourront alors s'empiler régulièrement. La catalyse est souvent le meilleur outil pour répondre à ces exigences d'uniformité.

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Catalyseurs métallocènes : ferrocène et zirconocène
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Catalyseurs métallocènes : obtention du cyclopentadiényle
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Catalyseurs métallocènes : le méthylaluminoxane
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Catalyseurs métallocènes : structure d'un métallocène
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