Polymer Chemistry and Physico-Chemistry
[CHM2261]
[45h + 15h] 5 crédits
Enseignants : Charles-Andre Fustin, Pierre Godard, Jean-François Gohy(coord.), Alain Jonas
Langue d'enseignement : Anglais
Niveau : Second cycle
Objectifs (en termes de compétences)
A l'issue de cet enseignement, les étudiants seront en mesure de comprendre et d'expliquer :
Pour le partim 1 " Méthodes de polymérisation en chaîne " :
- Les méthodes actuelles de synthèse de polymères via les processus en chaîne.
- Les concepts de polymérisations contrôlées et vivantes ainsi que leur implications sur les caractéristiques des chaînes polymères (masses molaires, indices de polymolécularité, architectures )
- Les technologies principales reliées aux polymérisations en chaîne.
- Les étudiants seront en outre capables d'utiliser ces concepts pour proposer et mettre en uvre des voies de synthèse pertinentes dans le cadre d'études de cas et de laboratoires.
Pour le partim 2 " Propriétés des polymères en solution " :
- Les bases physiques fondamentales à la base du comportement des macromolécules en solution et aux phénomènes de miscibilité et de séparation de phases.
- La détermination des grandeurs physico-chimiques telles que les masses molaires moyennes, l'architecture des chaînes, les caractéristiques interactionnelles comme paramètres d'interaction , de solubilité, second coefficient du viriel, volume exclu ainsi que les caractéristiques géométriques comme les rayons de giration
- Les étudiants seront en outre capables d'utiliser ces concepts pour la résolution de problèmes concrets dans le cadre d'études de cas et laboratoires.
Objet de l'activité (principaux thèmes à aborder)
Après le rappel des notions de polymérisation en chaîne et de polymérisation vivante, les différentes méthodes de polymérisation en chaîne existant actuellement seront étudiées systématiquement (polymérisation anionique, cationique, radicalaire classique, radicalaire contrôlée et coordinative). Les avantages et limitations de chaque méthode seront discutés. Les aspects mécanistiques et cinétiques seront abordés. Un accent particulier sera mis sur le contrôle des architectures macromoléculaires pouvant être obtenues par ces différentes méthodes.
Pour le partim 2 " Propriétés des polymères en solution " :
Après avoir défini les grandeurs caractéristiques des polymères en solution la thermodynamique des solutions de polymère selon Flory et Huggins sera étudiée. La théorie de Flory et Krigbaum sera ensuite développée pour décrire la thermodynamique des solutions très diluées. Le comportement des solutions de polymère hors équilibre et plus particulièrement les propriétés hydrodynamiques sera finalement considéré.
Tous les thèmes ne sont pas nécessairement abordés chaque année.
Résumé : Contenu et Méthodes
Cours magistraux éventuellement complétés par des séminaires invités et/ou préparés par les étudiants eux-mêmes.
Contenu :
Partim 1 : Méthodes de polymérisation en chaîne
1. Introduction
1.1 la polymérisation en chaîne
1.2 la polymérisation en chaîne vivante et contrôlée
2. Polymérisation anionique
2.1 Caractères généraux
2.2 Systèmes d'amorçage
2.3 Aspects mécanistiques
2.4 Exemples d'architectures macromoléculaires
2.5 Méthodes particulières de polymérisation anionique (transfert de groupe, polymérisation anionique en l'absence d'ions métalliques, polymérisation anionique ligantée)
3. Polymérisation cationique
3.1 Caractères généraux
3.2 Systèmes d'amorçage
3.3 Aspects mécanistiques
3.4 Polymérisation cationique des hétérocycles
3.5 Facteurs permettant d'obtenir le caractère vivant
3.6 Exemples d'architectures macromoléculaires
4. Polymérisation radicalaire classique
4.1 Aspects cinétiques et mécanistiques
4.2 Contrôle des masses molaires (méthode " dead-end ")
4.3 Contrôle de la nature des groupes terminaux (télomérisation)
4.4 La méthode " Iniferter "
4.5 Technologie des polymérisations radicalaires
5. Polymérisation radicalaire contrôlée
5.1 Généralités
5.2 Contrôle par les radicaux nitroxydes (NMP)
5.3 Contrôle par transfert d'atome (ATRP)
5.4 Contrôle par transfert de chaîne réversible (RAFT)
5.5 Contrôle par les organo-tellurium (TERP)
6. Polymérisations coordinatives
6.1 Catalyse Ziegler-Natta (rappel des principes généraux et du mécanisme)
6.2 Catalyse Phillips
6.3 Catalyse au moyen de métallocènes et contrôle de la tacticité
6.4 Polymérisation par métathèse (ROMP)
6.5 Polymérisation coordinative des esters aliphatiques cycliques (ROP coordinative)
Partim 2 : Propriétés des polymères en solution
7. Mise en solution et grandeurs caractéristiques des polymères en solution
7.1 Prérequis à la caractérisation : mise en solution sans dégradation
7.2 Définitions des principales grandeurs physico-chimiques d'intérêt
7.3 Grandeurs thermodynamiques (énergie libre de mélange, )
8. Etude thermodynamique des solutions selon Flory et Huggins
8.1 Modèle de la solution régulière
8.2 Détermination de l'énergie libre de mélange
8.3 Limitations du modèle
8.4 Application à la miscibilité et à la séparation de phase (diagrammes de phases)
9. Etude thermodynamique des solutions très diluées selon Flory et Krigbaum
9.1 Modèle de la solution à volume exclu
9.2 Calculs thermodynamiques
9.3 Application à l'osmométrie à membrane et à tension de vapeur (tonométrie)
9.4 Application à la diffusion de la lumière
10. Etude des solutions hors équilibre (propriétés hydrodynamiques)
10.1Viscosimétrie
10.2 Chromatographie d'exclusion stérique
Tous les thèmes ne sont pas nécessairement abordés chaque année.
Autres informations (Pré-requis, Evaluation, Support, ...)