Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
La mise en oeuvre et l'utilisation des polymères nécessitent souvent la présence d'un système de stabilisation permettant de maintenir l'intégrité du matériau d'un point de vue mécanique ou esthétique. La multitude des polymères utilisés aujourd'hui et le besoin de maintenir leur performance sur des périodes plus ou moins longues exigent des technologies de stabilisants tout aussi complexes que variées. Cet article se propose de faire une revue exhaustive de la stabilisation thermique et photochimique pour l'ensemble des grands polymères de commodité après avoir présenté leurs mécanismes principaux de dégradation.
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Stéphane GIROIS : Ingénieur de l'École nationale supérieure de chimie de Paris ENSCP - Docteur es sciences des matériaux de l'École nationale des arts et métiers (ENSAM)
INTRODUCTION
Les polymères sont aujourd'hui principalement des matériaux synthétiques de commodité utilisés dans les applications les plus diverses de la vie quotidienne. Si les caractéristiques intrinsèques de ces polymères leur permettent de prendre toutes les formes et d'être utilisés dans les applications les plus variées, ils sont par ailleurs plus ou moins sensibles à la dégradation pendant leur phase de polymérisation, leur stockage, l'étape de mélangeage avec des additifs (compoundage), leur mise en forme et/ou pendant la durée de vie de la pièce transformée. Cette instabilité se manifeste en général par une perte des propriétés optiques, rhéologiques, mécaniques et structurelles. Les stabilisants pour polymères ont été développés très tôt pour résoudre cette problématique. Au cours de ces dernières décennies, les chercheurs ont continuellement essayé d'améliorer la stabilité intrinsèque des polymères en minimisant les quantités d'impuretés présentes ou les défauts de structures responsables de l'instabilité, mais ces efforts n'ont apporté qu'une amélioration marginale. Les solutions les plus performantes restent encore aujourd'hui l'addition d'additifs en combinaison plus ou moins complexe et dans des dosages variés. Ces additifs offrent aux formulateurs et aux transformateurs une grande flexibilité et leur permettent d'augmenter, dans certains cas, la durabilité de certains polymères pour plusieurs décennies.
Il est nécessaire de connaître la nature et les mécanismes de dégradation pour appréhender le choix de la stabilisation à utiliser. Dans cet article, nous traitons principalement deux types de dégradation et donc de stabilisation :
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la dégradation thermique (et thermomécanique), se produisant principalement mais pas exclusivement, pendant la mise en œuvre ;
-
le vieillissement climatique (thermique et photochimique) se produisant lors de l'utilisation de la pièce finie.
Nous faisons aussi allusion à d'autres types de dégradation comme l'hydrolyse ou les agressions chimiques.
Toutes les grandes familles de polymères industriels seront étudiées à l'exception du chlorure de poly(vinyle) PVC. Compte tenu de l'importance de ce polymère, il fait l'objet d'un article séparé Stabilisation du PVC [AM3233].
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MOTS-CLÉS
Additifs pour polymère Stabilisants pour polymères automobile Bâtiment Emballage Stabilisation Formulation
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2004 par Stéphane GIROIS
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Dégradation et stabilisation spécifiques des polymères
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2. Grandes familles de stabilisants
La notion de stabilisation des polymères ne peut s'appréhender qu'en comprenant les détails de leurs mécanismes de dégradation. Pour simplifier le schéma, on va considérer dans un premier temps deux types de modification macromoléculaire :
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modification chimique de la chaîne macromoléculaire pouvant conduire à la formation d'espèces chromophores généralement oxydées absorbant dans le visible et apporter une coloration plus ou moins importante. Cela va affecter principalement l'apparence esthétique du produit final soit après la mise en œuvre, soit au cours de la durée de vie du matériau ;
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coupure de la chaîne macromoléculaire principale : phénomènes souvent radicalaires ou ioniques qui génèrent soit une diminution de la masse moléculaire, soit une augmentation par recombinaison des macroradicaux. Ce mécanisme de coupure et de réticulation de chaînes, pouvant se produire en présence ou en absence d'oxygène, va, d'une part, entraîner une modification de la viscosité du polymère à l'état fondu lors de la mise en œuvre et, d'autre part, diminuer les propriétés mécaniques de l'objet transformé. Pendant la durée de vie du matériau, ce même mécanisme peut se produire et entraîner une fragilisation et une perte des propriétés mécaniques et parfois modifier l'apparence de l'objet (microfissuration superficielle).
Ces deux modes de dégradation peuvent se produire séparément ou simultanément et avoir un impact plus ou moins important sur les propriétés finales du polymère considéré. Le ou les modes de stabilisation à considérer doivent avant tout être adaptés au type de propriétés à maintenir (optiques et/ou mécaniques), qui en général sont fonction de l'application finale. Nous préciserons par la suite la sensibilité de chaque polymère à ces différents modes de dégradation.
2.1 Mécanisme général d'oxydation des polymères
L'oxydation des polymères est principalement la résultante de l'action d'une source énergétique (lumineuse, thermique ou thermomécanique) et de l'oxygène de l'air. Le mécanisme par réaction en chaîne généralement admis et considéré pour la plupart des polymères est présenté sur la figure ...
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Grandes familles de stabilisants
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - VERDU (J.) - Vieillissement des plastiques - . AFNOR Eyrolles (1984).
-
(2) - GÄCHTER/MÜLLER - Plastics Additives. - 3rd édition. Carl Hanser (2001).
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(3) - ZWEIFEL (H.) - Plastic Additives Handbook. - 5th édition. Carl Hanser (1990).
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(4) - TROTIGNON (J.P.), VERDU (J.), DOBRACGINSKY (A.), PIPERAUD (M.) - Précis Matières Plastiques - . AFNOR, Nathan (1996).
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(5) - ZWEIFEL (H.), MAIER (R.D.), SCHILLER (M.) - * - eds., Plastics Additives Handbook, Hanser Publishers, Munich, 6th édition (2009).
-
(6) - BOLAND (J.L.), GEE (G.) - * - Trans. Faraday Soc. 42, 236 (1946).
-
...
ANNEXES
REACH info :
http://ec.europa.eu/environment/chemicals/reach/reach_intro. htm
http://www.industrie.gouv.fr/portail/enjeux/reach/reglement_europeen_reach. html
HAUT DE PAGE
Interplastica (annuelle). Prochaine conférence : 29/01/2013 en Russie
8th European'Additives & Colors' Conference (tous les 3 ans). Prochaine conférence : 06/03/13 en Allemagne
JEC Europe (annuelle). Prochaine conférence : 12/03/2013 à Paris, France
ChinaPlast (annuelle). Prochaine conférence : 20/05/2013 en China
Eurotec (annuelle). Prochaine conférence : 05/07/2013 en France
Addcon World (annuelle). Prochaine conférence : Octobre 2013 à Cologne, Allemagne
Kunstoff (tous les 3 ans). Prochaine conférence : 16/10/2013 à Düsseldorf, Allemagne
Milan Plast (Plast Rho) (tous les 3 ans). Prochaine...
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