Lors d’un article précédent, « Comment caractériser la nature chimique d’un polymère », nous avions abordé les différents critères à connaitre pour caractériser un polymère.
Au-delà de la nature chimique, un polymère possède une caractéristique propre : une masse molaire importante. Elle est définie grâce aux termes suivant :
Note : un polymère étant constitué d’une distribution de chaînes de longueurs différentes, on doit parler de masse moléculaire moyenne.
Le Mn est la masse molaire pondérée selon le nombre d’unité monomère (n) contenu dans chacune des chaines.
Le Mw est la masse molaire pondérée par le poids moléculaire de chacune des chaines polymères.
Le Mv est la masse molaire reliée à la viscosité intrinsèque des polymères et par conséquent, grâce à la relation de Mark-Houwink, à la masse molaire vraie d’un polymère mono disperse.
Le Mp est la masse molaire majoritaire présente dans l’échantillon
L’Ip définit la dispersion des masses molaires dans un échantillon. Dans le cas d’un pic, l’indice de polydispersité est de 1, dans le cas d’une gaussienne, l’indice peut être supérieur à 3. Il correspond au ratio Mw/Mn.
L’analyse par chromatographie d’exclusion stérique est largement utilisée par les chimistes pour caractériser les squelettes de polymère. Elle permet de séparer les molécules en fonction de leur volume hydrodynamique. En effet, les chaines polymères, en solvant, sont théoriquement représentées sous forme de pelotes sphériques. Le volume hydrodynamique correspond au volume de ces pelotes.
Le principe de fonctionnement d’une Chromatographie d’Exclusion Stérique (SEC ou GPC), repose sur l’injection de polymères en solution dans une colonne de gel perméable. Cette colonne est composée d’un réseau tridimensionnel organique (gel) présentant une distribution de porosité importante. Lors de l’injection, le polymère et un solvant mobile sont entrainé par une pompe. Ainsi, sous l’effet de la pression, les macromolécules traversent la colonne. Les polymères parcourent un chemin plus ou moins long en fonction de leurs volumes hydrodynamiques. Les petites molécules pouvant traverser, à la fois les pores de grandes et petites tailles, vont être retenues dans la colonne. Leur temps de rétention sera donc important. A contrario, les polymères de taille importante ne pourront pas pénétrer les porosités de faible diamètre, ils seront donc évacués de la colonne plus rapidement. Leurs temps de rétention seront donc faibles.
Schéma simplifié du principe de la chromatographie d’exclusion stérique. Le chromatogramme représente la séparation de trois polymères de tailles différentes en solution. Les molécules ayant le plus grand volume hydrodynamique (1) arrivent en tête, suivies des plus petites (2) puis (3)
Une fois, la colonne traversée, les molécules vont être comptabilisées grâce à divers détecteurs :
En fonction du détecteur utilisé, l’opérateur obtiendra une masse molaire en équivalent polymère ou une masse molaire vraie.
En effet, avant de réaliser l’analyse d’un échantillon, un étalonnage de l’appareil est nécessaire avec des polymères dont le volume hydrodynamique, et par conséquent dont la masse molaire, sont connus. Cet étalonnage permettra d’obtenir une courbe d’étalonnage, qui sera ensuite utilisée pour déterminer la masse molaire.
D’autres techniques peuvent être utilisées pour caractériser les polymères, en cas de question, nous vous invitons à nous contacter.
