Les polymères semblent être des matériaux récents mais leur origine est plus lointaine qu'il n'y paraît

L'histoire de la naissance de polymers est beaucoup moins linéaire qu'on pourrait le penser, avec les intuitions de certains précurseurs qui, parfois, sont restés stationnaires en laboratoire pendant des décennies, car la connaissance des réactions chimiques ou le progrès technologique limité de la plante ont freiné son développement.

Il est intéressant de noter que, pour certaines combinaisons chimiques qui ont ensuite conduit à la naissance d'une certaine famille de polymères, le hasard a pu également jouer un rôle rôle premier rôle, créant des situations inattendues, résultat de réactions chimiques non recherchées mais immédiatement comprises et exploitées.

Le siècle dernier a certainement été fondamental pour le développement des polymères de base, car deux situations formidables se sont produites:

- la première a été la progression continue des connaissances de la chimie industrielle, dont les débuts peuvent être identifiés au 19ème siècle,

- le second est le grand progrès industriel qu'il a su mettre à la disposition des chimistes, aussi bien en laboratoire que sur les sites industriels, des machines efficaces et innovantes qui soutiennent les idées des scientifiques.

Comme nous le dit Michele Seppe, déjà dans les années 30 du siècle dernier, l'industrie moderne du caoutchouc avait déjà presque cent ans, le celluloïd était disponible dans le commerce depuis plus de un demi-siècle et les phénols étaient une force dominante dans une grande variété d'industries.

À quelques exceptions près, tous les développements significatifs de la technologie des polymères jusqu'à présent ont été des systèmes de réticulation, également connus sous le nom de matériaux thermodurcissables.

Aujourd'hui, l'industrie est très différente, les thermoplastiques sont les matériaux dominants et, au sein de ce groupe, le polypropylène, le polyéthylène, le polystyrène et le PVC sont les quatre matières premières qui représentent la majorité des volumes consommés dans le monde.

Mais les matériaux thermoplastiques qui peuvent vraiment rivaliser avec les performances, à des températures élevées, des métaux et des polymères réticulés, sont des matériaux tels que les polyamides (nylons), les polycarbonates et le PEEK.

Retracer l'évolution historique des thermoplastiques peut être difficile, car bien souvent la découverte d'un matériau en laboratoire n'a pas eu un impact rapide voie vers sa commercialisation. Le polystyrène a été découvert pour la première fois en 1839, mais n'a été produit commercialement qu'en 1931, en raison de problèmes de contrôle de la réaction de polymérisation exothermique.

PVC a été découvert en 1872, mais les tentatives d'utilisation commerciale au début du XXe siècle ont été entravées par la stabilité thermique limitée du matériel.

En fait, la température requise pour convertir le matériau en une masse fondue était supérieure à la température à laquelle le polymère a commencé à se décomposer thermiquement.

Cela a été résolu en 1926 par Waldo Semon, chez BF Goodrich, en fait, en essayant de déshydrohalogéner le PVC dans un solvant pour créer une substance qui lie le caoutchouc au métal, il a constaté que le solvant avait plastifié le PVC. Cela a abaissé sa température de ramollissement et a ouvert une fenêtre pour le traitement à l'état fondu.

Polyéthylène a été créé pour la première fois en laboratoire en 1898 par le chimiste allemand Hans von Pechmann en décomposant le diazométhane, une substance qu'il avait découverte quatre ans plus tôt.

Mais le diazométhane est un gaz toxique aux propriétés explosives, par conséquent, il n'aurait jamais été une option commerciale viable pour la production à grande échelle d'un polymère, ce qu'il est maintenant utilisé dans des volumes annuels incroyablement élevés.

Le matériau a été redécouvert en 1933 par Eric Fawcett et Reginald Gibson alors qu'ils travaillaient chez ICI en Angleterre. Ils ont expérimenté en plaçant divers gaz sous haute pression, et lorsqu'ils ont mis un mélange de gaz d'éthylène et de benzaldéhyde sous une pression énorme, ils ont produit une substance blanche et cireuse que nous connaissons aujourd'hui sous le nom de polyéthylène basse densité.

La réaction était initialement difficile à reproduire, à peine deux ans plus tard, un autre chimiste ICI, Michael Perrin, a développé des contrôles qui rendaient la réaction fiable assez pour aboutir à la commercialisation en 1939, plus de quarante ans après la première production du polymère.

Polyéthylène haute densité a été synthétisé avec l'introduction de nouveaux catalyseurs au début des années 1950. En 1951, alors que J. Paul Hogan et Robert Banks ont travaillé chez Phillips Petroleum, ils ont développé un système à base d'oxyde de chrome.

Des brevets ont été déposés en 1953 et le procédé a été commercialisé en 1957, et le système est encore connu aujourd'hui sous le nom de catalyseur Phillips.

En 1953, Karl Ziegler a introduit un système qui utilisait des halogénures de titane combinés à des composés organoaluminiques et, à peu près au même moment, un chimiste italien, Giulio Natta, a apporté des modifications à la chimie de Ziegler.

Les deux systèmes ont permis de réduire à la fois la température et la pression nécessaires pour produire le LDPE hautement ramifié et ont produit un polymère linéaire beaucoup plus résistant , plus rigide et plus résistant à la chaleur que le LDPE.

Ces développements illustrent comment différents groupes de chimistes, qui travaillaient indépendamment sur les mêmes problèmes, en sont venus à développer des solutions presque simultanément.

Les nouveaux catalyseurs ont également permis de produire des versions commercialement viables du quatrième membre de la famille des polymères de base, le polypropylène.

Il a été fabriqué par Fawcett et Gibson au milieu des années 1930. Après leurs expériences réussies avec le polyéthylène, ils ont naturellement élargi leur travail pour inclure d'autres gaz, mais leurs résultats avec du polypropylène étaient décevants.

Au lieu de produire un matériau solide à température ambiante et présentant des propriétés mécaniques utiles, la réaction a produit une masse collante intéressante uniquement en tant qu'adhésif. Fawcett et Gibson avaient produit ce qui serait plus tard connu sous le nom de polypropylène atactique. Contrairement au polyéthylène, où tous les groupes attachés au squelette de carbone sont des atomes d'hydrogène, chaque unité de propylène dans le squelette de polypropylène contient trois atomes d'hydrogène et un groupe méthyle beaucoup plus grand.

Dans le polypropylène atactique, le groupe méthyle peut apparaître dans l'une des quatre positions possibles au sein de l'unité répétitive, empêchant la cristallisation du matériau. Les nouveaux catalyseurs ont créé une structure dans laquelle le groupe méthyle était dans la même position dans chaque unité répétitive.

La régularité structurelle a conduit à un matériau capable de cristalliser, en effet cette forme cristalline de polypropylène avait une résistance, une rigidité et un point de fusion encore plus élevés que le PEHD.

Ce développement rapide a créé deux matériaux qui représentent désormais plus de 50 % de la production mondiale annuelle de polymères.

Il est intéressant de noter que l'épouse de Giulio Natta, Rosita Beati, qui n'était pas chimiste, a inventé les termes atactique , isotactique et syndiotactique pour décrire les différentes structures qui pourraient être créées par la polymérisation du polypropylène.

Aujourd'hui, nous utilisons ces termes pour désigner de manière générale les structures isomères qui peuvent se former lorsque des polymères sont produits à l'aide de divers types de catalyseurs.

Traduction automatique. Nous nous excusons pour toute inexactitude. Article original en italien.