Polyamide

Un polyamide est un polymère contenant des fonctions amides − C( = O) − NH − résultant d'une réaction de polycondensation entre les fonctions acide carboxylique et amine.

En 1927, la société américaine DuPont constitue un service de recherches pour l’étude de la synthèse des polymères à longues chaînes. La direction en est confiée à Wallace Hume Carothers. Le polyamide 6-6 est découvert en 1936, la production à l'échelle industrielle débutera en 1938. Parallèlement, Paul Schlack, un chimiste allemand, obtient par ouverture puis polycondensation d‘un caprolactame (amine cyclique), une résine polyamide à six atomes de carbone baptisée Perlon. Le polyamide (PA) fut rapidement utilisé dans l'industrie textile en particulier pour la fabrication des toiles de parachute, et plus connu par la suite sous l'appellation de nylon.

Depuis la famille des polyamides s’est agrandie ainsi que les producteurs. La consommation a augmenté de façon significative ces dernières années face à la demande provenant de l'industrie automobile. Ils trouveront une large variété d’applications techniques grâce à leurs excellentes propriétés. En injection par exemple, en substitution des métaux et autres résines thermodurcissables. Des grades de plus en plus élevés leurs permettront d’être extrudés voire thermoformés.

Classification

Selon la composition de leur chaîne squelettique, les polyamides sont classés en aliphatiques, semi-aromatiques et aromatiques. Selon le type d'unités répétitives, les polyamides peuvent être des homopolymères ou des copolymères :

• Polyamides aliphatiques, exemple : nylon de DuPont :
  • Homopolymères :
    • PA 6 : Polycaprolactame [NH−(CH₂)₅−CO]_n fabriqué par ouverture du cycle caprolactame
    • PA 12 : Polylauroamide fabriqué par ouverture du cycle lauryllactame
    • PA 11 : Polyundécanamide fabriqué à partir de l'acide amino-undécanoïque, un acide aminé
    • PA 4-6 : Polytétraméthylène adipamide fabriqué à partir de la tétraméthylènediamine et de l’acide adipique
    • PA 6-6 : Polyhexaméthylène adipamide : [NH−(CH₂)₆−NH−CO−(CH₂)₄−CO]_n fabriqué à partir de l’hexaméthylènediamine et de l’acide adipique
    • PA 6-9 : Polyhexaméthylène nonanediamide fabriqué à partir de l’hexaméthylènediamine et l’acide 1,9-nonanedioïque
    • PA 6-10 : Polyhexaméthylène sébaçamide fabriqué à partir de l’hexaméthylènediamine et l’acide sébacique
    • PA 6-12 : Polyhexaméthylène dodécanediamide fabriqué à partir de l’hexaméthylènediamine et l'acide 1,12-dodécanedioïque
  • Copolymères :
    • PA 6/6-6 : [NH-(CH₂)₆−NH−CO−(CH₂)₄−CO]_n−[NH−(CH₂)₅−CO]_m fabriqué à partir de caprolactame, d'hexaméthylènediamine et d'acide adipique
    • PA 6-6/6-10 : [NH−(CH₂)₆−NH−CO−(CH₂)₄−CO]_n−[NH−(CH₂)₆−NH−CO−(CH₂)₈−CO]_m fabriqué à partir d'hexaméthylènediamine, d'acide adipique et d'acide sébacique

• Polyamides semi-aromatiques ou polyphtalamides, exemple : Trogamid d’Evonik Industries :
  • PA 6-I : Polyhexaméthylène isophtalamide fabriqué à partir de l’héxaméthylènediamine et l’acide isophtalique
  • PA 6-T fabriqué à partir de l’hexaméthylènediamine et de l’acide téréphtalique
  • PA mXD-6: Polymétaxylylène adipamide fabriqué à partir de la m-xylylènediamine et l’acide adipique

• Polyamides aromatiques ou aramides = aromatic polyamides, exemples : Kevlar et Nomex de DuPont, Teijinconex, Twaron et Technora de Teijin :
  • PA MPD-I : Polymétaphénylène isophtalamide fabriqué à partir de la métaphénylènediamine et l’acide isophtalique
  • PA PPD-T : Polyparaphénylène téréphtalamide fabriqué à partir de la paraphénylènediamine et l’acide acide téréphtalique
  • PA NDT/INDT : fabriqué à partir de la 2,2,4/2,4,4-triméthyl-hexaméthylènediamine et l’acide téréphtalique.

Selon leur cristallinité, les polyamides peuvent être :

• semi-cristallins :
  • à grande cristallinité : PA4-6 et PA 6-6 ;
  • à faible cristallinité : PA mXD-6 ;
• amorphes : PA 6-I.

Selon cette classification, le PA6-6, par exemple, est un homopolyamide aliphatique semi-cristallin.

Polyamides aliphatiques

Conformation théorique possible des chaines d'un PA 4-6 avec liaisons hydrogènes

Les polyamides aliphatiques sont désignés par un ou plusieurs chiffres relatifs au nombre d'atomes de carbone contenus dans le motif de répétition :

• les polyamides dont le nom comporte un seul nombre (PA 6, PA 11, PA 12 par exemple) sont obtenus par polycondensation d'un acide aminé ou par polymérisation par ouverture du cycle d'un lactame avec respectivement 6, 11 ou 12 atomes de carbone dans le motif ;
• les polyamides dont le nom comporte deux nombres (PA 4-6, PA 6-6, PA 6-10, PA 6-9, PA 6-12 par exemple) sont obtenus par polycondensation d’un diacide carboxylique et d’une diamine. Les valeurs correspondent au nombre d'atomes de carbone composant un motif de la chaîne dont respectivement, le nombre d'atomes de carbone de la diamine et du diacide.

Dans le cas du poly(tétraméthylène adipamide) ci-dessus, la réaction se fera à partir du 1,4-tétraméthylènediamine en présence d’acide adipique avec dégagement d’une molécule résiduelle (H₂0).

Caractéristiques

Il s'agit de polymères généralement à structures semi-cristallines, qui présentent un bon compromis entre caractéristiques mécaniques^[1] et chimiques^[2]. La concentration en fonction amide et la régularité de leurs espacements conditionnent les propriétés du matériau. La température de fusion (T_f) augmente avec la concentration en fonction amide, et de surcroît lorsque le nombre de carbone composant les deux segments de chaine est pair dans le cas d’un système − (AA − BB)_n − .

Les polyamides sont en général des matériaux sensibles à l'humidité par la présence de groupements polaires. Les propriétés mécaniques et dimensionnelles peuvent donc être affectées selon les conditions de stockage et de mise en œuvre. Ils sont également assujettis à l’oxydation à haute température ainsi qu’une résistance limitée au feu. Pour pallier ce dernier, l'utilisation d'ignifugeant est possible à partir de composés halogénés (bromés^[3] ou chlorés) ou bien de composés inorganiques^[4].

Utilisation spécifique

BASF, DuPont, Lanxess, Rhodia, A Schulman ont développé des polyamides 6 et certains 6,6 spécialement adaptés au procédé d’injection assistée par eau. Ce procédé couplé à des polyamides de grades spécifiques devient courant pour des applications sous capot ou destinés au transport de fluides. Par leurs propriétés mécaniques à haute température et leur résistance aux fluides industriels (huile, glycol, ...), les polyamides transformés par injection assistée eau viennent ainsi directement concurrencer le polypropylène.

Polyphtalamides

À mi-chemin entre les polyamides aliphatiques et les polyarylamides (PAA), les polyphtalamides (PPA) se classent au rang des polymères hautes performances. La différence fondamentale par rapport aux polyamides aliphatiques, réside dans la présence d’un cycle aromatique sur les segments diacides d’où leur appellation triviale de polyamide semi-aromatique.

Cette « rigidité » apportée par les cycles aromatiques se traduit par une meilleure conservation des propriétés à hautes températures avec de plus, une bonne stabilité dimensionnelle. Pour les PPA en général, les températures de transition vitreuse et de fusion sont plus élevées par rapport à un polyamide aliphatique. Leur aptitude à cristalliser est fonction de la nature du motif, certains y parviendront d’autres seront amorphes, on parle aussi dans certains cas de microcristallinité.

L'exemple d'un PA NDT/INDT^[5] ci-dessus est un polymère amorphe et transparent, issu d’une copolycondensation entre un 2,2,4/2,4,4-triméthyl-hexaméthylènediamine et un acide téréphtalique, commercialisé par Evonik Industries^[6] sous l'appellation Trogamid T.

Rilsanisation

La rilsanisation consiste en la dépose de PA-11 (commercialisé par Arkema sous la marque Rilsan), un polymère thermoplastique de la famille des polyamides, sur une pièce généralement métallique. Le PA-11 est un bioplastique biosourcé non-biodégradable. Il est issu d'une matière d'origine végétale, l'huile de ricin. Par conséquent, il est considéré comme écologique.

Ce revêtement est particulièrement intéressant lorsque l'on recherche une protection anti-corrosion (bonne tenue au test du brouillard salin), une isolation électrique, une résistance à l'abrasion et aux attaques chimiques. En plus de ces caractéristiques « industrielles », on peut l'employer à des fins esthétiques.

Notes et références

Voir aussi

Liens externes

• (fr) Arkema, « Poudres fines Rilsan », 2011
• (en) Plastics Technology, « Water Injection: It's All Coming Together », 2005
• (en) DuPont Engineering Polymers, « High performance polyamides fulfill demanding requirements for automotive thermal management components », 2006
• (en) Evonik Industries, « TROGAMID® CX, Transparent polyamide with an outstanding combination of properties »

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