La géopolymérisation démarre avec les oligomères
Les synthèses géochimiques sont réalisées par les oligomères (dimère, trimère, tetramère, pentamère) qui fournissent les vraies unités structurales de l’édifice macromoléculaire tri-dimensionnel. Voir le livre de J. Davidovits Geopolymer Chemistry & Applications, aux chapitres 2, 5, 6, 7 et 8.
Exemple de géopolymérisation avec le métakaolin MK-750
Extrait du chapitre 8 du livre Geopolymer Chemistry & Applications:
Elle comporte 3 phases:
- dépolymérisation alcaline de la couche kaolinitique poly(siloxo) Si-O-Si-O-
- formation d’une molécule d’ortho-sialate (OH)3-Si-O-Al-(OH)3
- polymérisation (polycondensation) en oligomères ou polymères plus élevés.
Les cinétiques de géopolymérisation des Na-poly(sialate-siloxo) et K-poly(sialate-siloxo) sont quelques peu différentes. C’est probablement due aux différentes dimensions des cations Na+ et K+, K+ étant plus gros que Na+.
Mécanisme chimique sur l’Al(V) -Al=O alumoxyl (coordination Al V dans le métakaolin MK-750)
Le mécanisme chimique peut être interprété de la manière suivante, avec NaOH ou KOH (étapes 1 à 6-7):
Étape 1: alcalination et formation d’Al tétra-valent dans le groupement sialate latéral -Si-O-Al-(OH)3-Na+,
Étape 2: la dissolution alcaline démarre avec ajout d’un groupement OH- basique sur l’atome de silice qui est alors capable d’étendre sa sphère de valence vers un état penta-covalent,
Étape 3: le parcours suivant de la réaction peut s’expliquer par le clivage de l’oxygène appartenant au groupe siloxane Si-O-Si et par le transfert d’électron de Si vers O, formation d’un silanol intermédiaire Si-OH d’une part, et du siloxo de base Si-O- d’autre part.
Étape 4: puis, formation des groupes silanol Si-OH et isolement de la molécule d’ortho-sialate, première unité réactive dans la géopolymèrisation.
