Gel de molécules d'anthracène

 

 



 



Dans l’antiquité, on utilisait déjà des gels formés à partir d’empois d’amidon ou de gelée de gélatine.
En 1861, Thomas Graman les avait définis comme des"matériaux dont les solutions prenaient en masse". C’est le cas pour l’amidon, l’alumine, etc…

Aujourd'hui, en cosmétique, on distingue deux grands types de gels :
les gels coiffants, transparents et collants, et les gels crèmes, doux au toucher.

Les gels sont formés d'au moins deux constituants : le solvant qui est un liquide majoritaire piégé par une petite quantité d’un second composé qui forme un filet à trois dimensions, ou réseau, dans tout le solvant.
Le gel est donc analogue à un solide mou, il est facile à déformer et est de nature élastique ou plastique.
Dans le cas des gels transparents, la lumière les traverse car le maillage est fin.

Comment fabrique-t-on un gel ?

Il faut créer un maillage avec des molécules organiques ou des substances minérales.

On peut employer comme molécules organiques des molécules très petites : l’agrégation de quelques tensioactifs non ioniques dans des solvants organiques peut conduire à de longues chaînes qui peuvent former des réseaux en trois dimensions pour conduire à des matériaux viscoélastiques.
On peut aussi employer des molécules géantes. On forme alors des polymères.
Enfin on peut utiliser des dispersions de particules minérales (oxydes métalliques hydratés, argiles…) ayant des formes de sphères, de bâtonnets ou de plaquettes.
Les gels se forment quand on provoque l’agrégation de ces particules qui restent cependant entourées de solvant.

On parle de"transition sol-gel" car la solution perd sa fluidité et se transforme en solide mou. On dit que"le gel prend".

On distingue les gels chimiques et les gels physiques.

Les premiers doivent leur structure à une réaction chimique. L’établissement de liaisons permanentes (covalentes) entre les polymères en solution, engendre des chapelets souples attachés à leurs extrémités par 3 ou 4 liaisons, en formant un réseau dans la solution.
Ces gels sont irréversibles mais peuvent se déformer et retrouver leur forme.
Ils peuvent absorber des quantités considérables de liquide. C’est par exemple le cas dans les gels super absorbants des couches culottes, qui peuvent absorber jusqu’à 1000 fois leur poids en eau.
Les gels chimiques adhèrent sur des surfaces solides grâce à leur élasticité. Ce sont des forces de Van der Waals qui s’exercent sur toute l’interface solide/gel.

Dans le cas des gels physiques par contre, l’agrégation est réversible; une variation de quelques degrés Celsius suffit pour assurer la prise ou la fonte.

Structuration des gels physiques

Il y a gélification quand les macromolécules sont des chaînes rigides qui ne peuvent pas se replier (ceci dans le cas où la gélification est induite par le solvant).
D’autres gels se forment par cristallisation classique.
Quand il y a un carbone asymétrique dans une molécule, les polymères formés sont de tacticité* différente.

A basse température on distingue deux sortes de polymères :

- Les polymères cristallins. Il en existe de deux tacticités différentes (isotactique et syndiotactique). Ce sont des lamelles régulières et ordonnées.

- Les polymères amorphes. Ils sont désordonnés (atactiques)


* La tacticité est l’arrangement dans l’espace des groupements fixés sur le polymère.

Armand Lattes
Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique



 

     © CNRS   -  Contacts   - Crédits