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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
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