Généralités sur les polyélectrolytes

Généralités sur les polyélectrolytes

Généralités sur les polyélectrolytes

Les polyelectrolytes sont des macromolécules possédant plusieurs groupes ionisables qui se dissocient dans des solvants polaires,tels que l’eau, le diméthylformamide(DMF), et le diméthylsulfoxide (DMSO). L’eau dissocie facilement (forte constante diélectrique) et solvate bien les charges(moment dipolaire permanent) . Par conséquent, presque tous les polyelectrolytes sont fortement solubles dans l’eau.En solution aqueuse, lesmacromolécules chargées appelées polyions (macroions) sont compensées par des petits ions libresappelées contre-ions de charges opposées. Il peut y avoir deux types de contre-ions:ceux libérés par les macromolécules en s’ionisant en solution et ceux dus à un selajouté.Les polyelectrolytes sont des polycations si leurs charges sont positives, et peuvent être des polybase, s’ils contiennent des groupes basiques dans leursmotifs de répétition, tels que les groupes amines. Les polyelctrolytes sont des polyanions si leurs charges sont négatives, et peuvent être des polyacides, s’ils contiennent des groupes acides dans leursmotifs de répétition, tels que lesgroupes –COOH, –SO3Het–PO3H2. Les polyelectrolytes sont des polyampholytes si leurs charges sont positives et négatives, nous pouvons citer les polybétaines [1,2] La plus importante des propriétés des polyelectrolytes est leur solubilité dans l’eau, qui leur permet d’accéder à une large gamme de formulations non toxiques et biocompatibles. L’existence de charges électrostatiques le long de la chaine macromoléculaire induit des interactions électrostatiques, ce qui confère aux polyelectrolytes des propriétés physico- chimiques remarquables. Depuis les dernières décennies, l’intérêt des scientifiques et des industriels pour les polyélectrolytes a connu un grand essor en raison de leur large spectre d’applications: tels que la médecine, la pharmacie, la cosmétique, l’industrie agro-alimentaire, la peinture, le traitement de l’eau, les piles à combustibles ou l’exploitation pétrolière[3,4].

Classification des polyelectrolytes :
Les polyelectrolytes sont classés selon :
-Leur origine.
-La nature de la charge.
-L’architecture.
– Le type d’interaction avec le solvant.

Classification selon leur origine 

Les polyelectrolytes sont classés en deux catégories : les polyélectrolytes naturels et les polyélectrolytes synthétiques I

Les polyélectrolytes naturels

Les polysaccharides : Les polysaccharides constituent les grandes classes des polymères naturels et leur origine naturelle leur confère des propriétés uniques de biocompatibilité et de biodégradabilité. Ainsi, de plus en plus de matériaux sont à base de polysaccharides pressentis pour des applications médicales (greffes, vecteurs thérapeutiques) [1,2] Les polysaccharides sont des polymères ayant pour unités monomères des monosaccharides, citons quelques exemples :

a- Les alginates : L’alginate est un polysaccharide naturel relativement abondant puisqu’il constitue le composant structurel des algues brunes marines (Phaeophyceae), représentant plus de 40% en masse sèche. L’alginate est l’un des polysaccharides constituant les capsules entourant certaines bactéries, et peut également être produit par fermentation microbiologique. Néanmoins, les alginates commerciaux utilisés pour des applications industrielles sont, la plupart du temps, issus d’algues marines brunes. Les applications industrielles de l’alginate sont souvent liées à ses propriétés de rétention d’eau, son pouvoir viscosifiant, gélifiant ou encore stabilisant.Ce sont des copolymères linéaires composés de deux unités saccharidiques (acide α-L-guluronique,G et β- Dmannuronique,M)le rapport M/G depend de l’algue [5,6] .
Les alginates sont utilisés dans le domaine biomedical(panssements), dans la microencapsulation des médicaments , en biologie, et en médecine pour la régénération des tissus, dans l’industrie alimentaire [7-11] , ainsi que dans les moulages dentaires en raison de leurs propriétés gélifiantes et épaississantes en présence de cations divalents tels que le calcium( ca2+)[13-15] .
a- L’acide hyaluronique ou hyaluronate de sodium : Il constitue une composante importante de la matrice extracellulaire[16]. Il a été isolé pour la première fois de l’humeur vitrée de l’oeil de boeuf en1934 par Meyer et Palmer [17,18] .Toutefois, plus tard, il a été découvert dans tout le corps, surtout dans la matrice extracellulaire (MEC), dans le liquide synovial, dans le cordon ombilical, mais aussi dans le tissu cérébral .
L’acide hyaluronique est un polysaccharide linéaire [20,21] composé d’un enchaînement d’unités de disaccharides [22] composées d’acide glucuronique et de N- acétyl- glucosamine reliée par une liaison β -1,4 qui lui confèrent un caractère hydrophobe et hydrophile [23-25], C’est un polyelectrolyte anionique, dont les charges sont portées par des groupements carboxylates [26].
Grâce à ses propriétés, non-toxique et biocompatible [27,28], l’acide hyaluronique estutilisé principalement en ophtalmologie (chirurgie oculaire, substituts vitreux, gouttes),en rhumatologie (traitement de l’arthrite) [29], en traumatologie, en dermatologie (kératoses actiniques, pansements cicatrisants). Il est utilisé en tant que biomatériau viscoélastique en cosmétique grâce à sa grande capacité de rétention de l’eau, mais aussi dans les systèmes à libération contrôlée de médicaments grâce à sa biodégradabilité.

b- La chitine et le chitosane : La chitine et le chitosane sont des aminopolysaccharides naturels qui possèdent des propriétés multidimensionnelles, des structures uniques et des fonctions extrêmement sophistiquées [30,31]. La chitine est l’un des polysaccharides les plus abondants [32]. tout comme la cellulose, malheureusement son insolubilité dans l’eau, limite son utilisation dans de nombreux domaines (33). Facilement obtenu par la désacétylation alcaline de la chitine en 1859 [34]., le chitosane est un polysaccharide cationique (en milieu acide dilué) contenant des unités répétitives de 2-amino2-deoxy-D-glucopyranose et de 2acétamido-2-deoxy-Dglucopyranose [35], liées entre elles par des liaisons de type β(1→4) [36,37]. Il est très peu répandu dans la nature, on peut le trouver dans les exosquelettes de certains insectes, ou encore dans les parois cellulaires de certains champignons. C’est un polyelectrolyte cationique dû aux groupements amino qui sont chargés.

Table des matières

CHAPITRE I Rappels Bibliographiques sur les Polyelectrolytes et les Hydrogels
I .1- Généralités sur les polyélectrolytes
I.1.2-Classification des polyelectrolytes
I.1.2.1-Classification selon leur origine
I .1.2.2-Classification selon la nature de la charge
I.1.2.2.1-Polyelectrolytes anioniques
I.1.2.2.2- Polyelectrolytes cationiques
I.1.2.2.3- Polyelectrolytes polyampholytes
I.1.2.3-Classification selon le type d’interaction avec le solvant
I.1.2.3.1- Polyelectrolytes hydrophiles
I.1.2.3.2-Polyelectrolytes hydrophobes
I.1.2.3.3-Polyelectrolyte amphiphile
I.1.2.4-Classification selon l’architecture
I.1.2.4.1- Les polyelectrolytes flexibles
I.1.2.4.2-Les polelectrolytes semi-rigides
I.1.2.4.3- Les polyelectrolytes rigides
I.1.2.4.4- Les polyelectrolytes globulaires
I.2.Généralités sur les hydrogels
aI.2.1- Classification des hydrogels
I.2.2- Méthodes de synthèse des hydrogels
I.2.2.1- Synthèse des hydrogels par réticulation chimique
I.2.2.1.1- Réticulation chimique par polymérisation radicalaire
I.2.2.1.2- Réticulation chimique par le biais d’enzymes
I.2 2.1.3-Réticulation par l’intermédiaire des groupements fonctionnels
I.2.2.1.3.1. Réticulation chimique par réaction de polycondensation ou polyaddition
I.2.2.1.3.2Réticulation chimique avec les aldéhydes
I.2.3. Propriétés de gonflement des hydrogels
I.2.4.Différentes classes d‘hydrogels
I.2.4.1.Hydrogels d’homopolymères
I.2.4.2. Hydrogels de copolymères
I.2.4.3.Hydrogels en réseaux interpénétrant IPN (interpenatrating polymer network), hydrogels semi-IPN et hydrogels à double réseau DN(Double network)
I.2.4.3.1-Hydrogels IPN
I.2.4.3.2-Hydrogels semi-IPN
I.2.4.3.3-HydrogelsDN
I.2.4.4- Hydrogels nanocomposites
I.2.4.5-Hydrogels amorphes
I.2.4.6- Hydrogels semi-cristallins
I.2.4 .7- Hydrogels sensibles au stimuli de l’environnement
I.2.4.7 .1- Hydrogels sensibles au pH
I.2.4.7 .2-Hydrogels sensibles aux variations de la température (polymères thermosensibles)
I .2.4.8-Hydrogels non polyelectrolytes
I.2.4.9 – Hydrogels polyelectrolytes
I.2.4.9.1- Hydrogels polyelectrolytes cationiques
I.2.4.9.2- Hydrogels polyelectrolytes anioniques
References Bibliographiques
CHAPITRE II Synthèse et Caractérisation d’Hydrogels de Poly(Styrene sulfonate de sodiumréticulé-Tetraethylene glycol dimethacrylate)
II.1. Synthèse et caractérisation d‘hydrogels à base de styrene sulfonate de sodium (SSNa) et de d tetraethylene glycol dimethacrylate.
II.1.1. Préparation des hydrogels de poly (SSNa-re-TeEGDMA)
II.2. Caractérisation des hydrogels de poly (SSNa-re-TeEGDMA)
II.2.1. Analyse par spectroscopie infrarouge
II.2.2.Analyse par résonance magnétique nucléaire du carbone 13 ( RMN 13C)
II.2.4.Analyse thermogravimetrique (ATG) de poly (SSNa-re-TeEGDMA)
CHAPITRE III Etude des Propriétés et de la Cinétique de Gonflement des Hydrogels de poly (SSNa-re-TeEGDMA)
III.1 .Introduction
III.2. Propriétés de gonflement des hydrogels
III.2.1. Taux de gonflement en poids des hydrogels
III.2.2Cinétique de gonflement
III. 3 Conclusion
Références bibliographiques
CHAPITRE IV Application des Hydrogels de poly(SSNa-re-TeEGDMA) à l’étude cinétique et aux isothermes de rétention du cuivre Cu(II)
IV. 1- Introduction
IV.2. Rappel bibliographique sur le Cuivre
IV.3- Etude de la rétention de Cu(II) par les hydrogels de poly(SSNa-re-TeEGDMA)
IV.4- Cinétiques de rétention de Cu(II)
IV.5- Etude des modèles d’isothermes de rétention du Cu(II)
IV.5.1- Modèle d’isotherme de Freundlich
IV.5.2- Modèle d’isotherme de Langmuir
IV.6- Application du modèle d’isotherme de Freundlich à la rétention du Cu(II) par les hydrogels de Poly(SSNa-re-TeEGDMA).
IV.7- Application du modèle d’isotherme de Langmuir à la rétention du Cu(II) par les hydrogels de Poly(SSNa-re-TeEGDMA)
IV.8- Microscopie Electronique à balayage MEB EDX
IV.9. Conclusion
References bibliographiques
CONCLUSION GENERALE
PARTIE EXPERIMENTALE
ANNEXE ……………………..

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