La température de transition vitreuse : mise en évidence et intérêts industriels

Résumé du document

Les polymères amorphes ou semi cristallins, c'est-à-dire ceux contenant une phase amorphe, voient leurs propriétés physiques varier significativement sur une plage de températures fixée : la température de transition vitreuse (noté Tg). Cette dernière peut être influencée par des changements structuraux des chaînes polymères comme une augmentation des ramifications par exemple, ou l'augmentation de la masse moléculaire des chaînes…
L'environnement, la transformation et l'histoire du matériau polymères peuvent aussi être à l'origine de la variation de la température de transition vitreuse.
Ce paramètre qui conditionne les propriétés finales d'utilisation d'un produit industriel est déterminé selon plusieurs méthodes plus ou moins répandues. La DSC simple ou à température modulée et la DMA sont les techniques les plus employées aussi bien par les chercheurs que les industriels. C'est ainsi que la Tg sera mesurée pour déterminée par exemple le domaine ou les conditions d'utilisation de pneus tout comme de prothèses biomédicales La recherche s'intéresse aussi à de nouveau matériaux, les baroplastiques par exemple, dont les chaînes qui les composent ont des Tg fixées. Ceci confère aux baroplastiques des propriétés particulièrement intéressantes d'un point de vue écologique pour leur recyclabilité.

Extraits

[...] Elle est constituée d'un noyau, core, sur lequel ont polymérisés des chaînes d'un autre polymère, shell. Ce nouveau matériau apparu à la fin des années 1990 a été breveté en 2003 et très étudié au department of Materials Science and Engineering du MIT (Massachussetts Institute of Technology).[5] L'objectif des recherches est d'aboutir à la formulation d'un copolymère ou bien d'un core-shell qui puisse être mise en forme à une température inférieure aux températures de transformation des thermoplastiques. De manière générale, la mise en œuvre est réalisée aux alentours de 200°C. [...]

[...] Ainsi, il n'y a pas de chaleur latente associée à la transition vitreuse. Ce qui nous montre la différence entre une transition du premier ordre comme la fusion et une transition du second ordre comme la transition vitreuse. La température de transition vitreuse peut également déterminer la température maximale en service des matériaux amorphes vitreux et semi cristallin. De plus Tf et Tg ont une incidence sur le choix des procédés servant à la fabrication et au traitement des polymères et des composites à matrice polymère. [...]

[...] Ainsi à température ambiante, le SBS se comportera comme un élastomère, sans qu'il y ait eu besoin de le réticuler. Ainsi, en le chauffant, il sera possible de le mouler ou de le mettre en œuvre de la même façon qu'un thermoplastique. Le polybutadiène a une température de transition vitreuse qui avoisine alors que celle du polystyrène se situe aux alentours de 95°C. L'association de ces deux types de chaînes permet d'obtenir une température de transition vitreuse finale d'environ -50°C. [...]

[...] Intérêt de la Tg en milieu industriel Nous avons pu constater précédemment que la température de transition vitreuse n'était généralement pas une propriété mise en avant sur les fiches techniques des produits industriels. Cependant, elle conditionne un grand nombre des caractéristiques d'un produit, telles que sa rigidité, sa tenue en température et par conséquent ses limites d'utilisations Nous présentons différents exemples d'applications industrielles liées à la température de transition vitreuse qui nous ont semblés intéressantes. Les premiers cas présentés sont des composites polymères/polymères pour lesquels la température de transition vitreuse est précisément fixée Les thermoplastiques élastomères Les thermoplastiques élastomères consistent en une phase continue de polymère thermoplastique dans lequel sont greffées ou dispersées des chaînes de matériaux élastomères.[4] Les thermoplastiques élastomères sont des matériaux composites en fort développement. [...]

[...] Un exemple de silicones comme le polydiméthylesiloxane est intéressant. Sa chaîne principale est très flexible et le polydiméthylesiloxane a une Tg fixée à -127 Le matériau est liquide à température ambiante, ainsi il est utilisé pour épaissir les shampoings et après-shampoings. Un autre exemple peut être présenté : la polyphénylène sulfone. La chaîne principale de ce polymère est très raide du fait des cycles qui tout déplacement des chaînes. Sa rigidité extrême empêche le phénomène de transition vitreuse. Le matériau peut être chauffé jusqu'à plus de 500 il restera à l'état vitreux. [...]